[发明专利]一种基于轻合金粉末预热的激光修复系统和方法

说明书

本发明涉及一种基于轻合金粉末预热的激光修复系统与方法，系统包括固定支承结构、激光光源、预热挤出机构、粉末给料机构。智能控制主机在接收到结构件表面损伤数据后，对结构件损伤区域进行智能识别、分层切片并规划修复路径与初步工艺参数，同时控制粉末给料机构与感应预热装置在修复过程开始前将所需轻合金粉末加热熔化，配合激光热源对损伤区域进行修复，随后降低感应加热功率，增大激光功率，实现对激光修复过程粉末利用率的提高与改善结构件表面修复质量的目的。本发明提供了在激光修复过程开始前预热粉末耗材的方案，有效提高金属耗材在损伤区域表面的黏着力，为提高激光修复过程中的粉末利用率提供了技术支撑。

技术领域：

本发明涉及粉末材料热处理及激光成型技术领域，尤其是涉及一种基于粉末感应预热的激光修复系统和方法。

背景技术

以激光熔化沉积技术为基础的修复技术因具备成本低、冶金结合强度高、耐磨耐蚀性能好等优势，如今正发展得如火如荼。激光熔化沉积技术可用来对工程机械关键结构件损伤部位进行快速修复，延长其服役寿命，降低报废成本。

但激光修复过程中在输送粉末到达板材表面时，由于一部分粉末仍处于同相状态，因此在载粉气体的推力作用下可能会出现粉末利用率降低的问题，处于极端寒冷环境下时此问题尤为明显。若是在粉末离开熔覆头前先进入半熔融状态，可增大粉末与基体表面润湿性从而提高损伤区修复质量，可为激光修复技术的进一步推广利用奠定基础。

发明内容

为解决上述背景技术存在的上述问题，本发明提出一种基于轻合金粉末感应预热的激光修复系统和方法，兼顾了激光熔覆、粉末热处理和复合材料加工的技术优势，通过在激光熔覆过程开始前对合金粉末进行感应预热形成合金流体的方式，能够在温度较低的环境中增大耗材与基体之间的润湿性，提高激光修复成形质量与服役性能，并将预热装置与激光焊接装置相互耦合形成一体化集成系统，降低系统所需能耗并增强了系统可操作性。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种基于粉末感应预热的激光修复系统，其特殊之处在于：

设计了含感应预热机构与中空挤出螺杆的预热挤出机构，并将该机构与焊机主体、激光器装置相互组合形成一体化耦合系统，该系统具体包括焊机主体、激光光源、旋转挤出装置、轻合金粉末给料机构；

上述装置中所设计的预热挤出机构分为中空挤出螺杆与感应预热部件，其中中空旋转螺杆由中空的旋转轴与旋转轴周围的螺旋扇叶构成，中空螺杆由上端轴承机构与下端轴承机构在竖直方向上固定，中空螺杆的旋转运动依靠伺服电机驱动，中空伺服电机为中空内转子电机，由系统外的旋转马达与传送带驱动旋转，而中空伺服电机转子通过中空伺服电机转子键槽和中空主轴花键配合转动。

感应预热部件主要由右直线步进电机、紧固螺栓、旋转丝杠、密封垫圈、螺杆挤出机构、移动滑块、感应线圈基座、左直线步进电机、感应加热线圈构成。感应预热部件设置于陶瓷基座下方的底座平台，线圈外由陶瓷密封圈与密封环加强基座与底座之间的密封性；

进一步地，修复系统中的激光器部件位于固定支承结构最上层的第一支撑平台上，包括激光产生装置、无线信号接收装置，激光器装置用于实现激光热源的产生，在第一支撑平台中央开设直径为20mm的通孔；

固定支承结构用于固定激光器装置、粉末给料机构与感应预热机构，第一支撑平台下表面距离焊机顶部80mm，与焊机主体侧壁之间由M10螺栓紧固连接，距离顶部135mm处设置有第二支撑平台，与焊机主体侧壁之间由M10螺栓紧固连接，外壳结构最上方设置有固定盘，固定盘上设置有M10的螺纹通孔，用来与系统外的机器人手臂连接；

上述轻合金粉末给料机构包括轻合金粉末仓、旋转止流阀、粉末导管、旋转电机，粉末给料机构设置于陶瓷基座上方，用于实现轻合金粉末向激光修复区域的输送；