一步式激光重熔涡轮叶片热障涂层的专用装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于激光重熔技术领域，特指一种便于控制因重熔加热引起叶片变形和应力的，能够实现自动化重熔涡轮涡扇叶片热障涂层的激光重熔装置。
【背景技术】
[0002]激光重熔是应用最广泛的一种激光表面处理技术，广泛应用各行各业，如汽车制造业、机床制造业、石油化工业等等，但现有激光重熔装置有两大不足:(I)加工对象大多为平面(厚件)和旋转体激光重熔，即待重熔对象必须要放置于工作台上；(2)对于薄壁和异型件，很难控制能量密度和热效应变形，致使薄壁件激光重熔很难实现，更难以保证重熔质量，这就限制了激光重熔技术在许多特殊零件和特殊领域等方面的应用；实际工程应用过程中，很多场合都需要实施激光重熔，以获得更好的涂层与基体的结合力，提高其抗高温氧化腐蚀耐磨性和抗热震性；如，航空发动机中的涡轮叶片，目前主要采用的是等离子喷涂技术，电子束-物理气相沉积(EB-PVD)等技术制备热障涂层，但是这些技术中都存在热障涂层与基体结合强度较低的问题，从而大大降低了热障涂层的抗热震性寿命。
[0003]为了提高发动机涡轮叶片热障涂层的使用寿命，不少研宄者提出了将等离子喷涂，电子束-物理气相沉积(EB-PVD)等制备热障涂层技术与激光重熔技术相结合，这样既能保证涂层的均匀性，又能增强涂层与基体的结合力；但是由于激光重熔中，单束激光加工易于产生热应力和薄壁工件变形问题，这样的技术路径很难实现实际工业应用。
【发明内容】
[0004]针对现有技术中存在的缺陷和不足，本发明提供了一种便于控制因重熔加热引起叶片变形和应力的，能够实现自动化重熔涡轮涡扇叶片热障涂层的激光重熔装置，该装置可实现同一光束通过分光和转换装置在同一时间到达共同加工目标，使待重熔叶片承受相同的热源。
[0005]为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下:
一步式激光重熔涡轮叶片热障涂层的专用装置，其特征在于:所述装置主要由激光器，光学分光器、光传输親合器、导光光缆、两个红外温控器、一对能够移动旋转的可控激光加工头、数控加工平台、电脑控制器组成；将待加工的涡轮叶片装夹在数控加工平台上，激光器发出的激光束传输到光学分光器，经由光学分光器的分光镜将光束能量一分为二后，分别传输到光学分光器两侧的光传输耦合器，激光束经过光传输耦合器后进入导光光缆传输到对称布置的两个可控激光加工头，再通过可控激光加工头中的激光耦合器将光束输出到待加工的涡轮叶片表面；所述的红外温控器安装在可控激光加工头上，可控激光加工头位于待加工的涡轮叶片的垂直上方，能够沿沿垂直方向上下运动；电脑控制器分别与激光器、数控加工平台、可控激光加工头、红外温控器连接。
[0006]所述的具有便于控制因重熔加热引起叶片变形和应力的，能够实现自动化重熔涡轮叶片热障涂层的激光重熔装置，其整体装置主要由激光器，光学分光器、光传输耦合器、导光光缆、红外温控器、能够移动旋转的可控激光加工头、数控加工平台、电脑控制器等8件主要构件组成。
[0007]在使用该装置实施激光重熔时，将待加工工件装夹在数控加工平台上，通过电脑控制器，输入工件运动参数，然后打开激光器，激光器发出光束，从空间传输到光学分光器，经由光学分光器的分光镜将光束能量一分为二后，分别传输到光学分光器两侧的光束耦合器，激光束经过光束耦合器后进入导光光缆传输到对称布置的两个可控激光加工头，再通过可控激光加工头中的激光耦合器将光束输出到待加工零件；激光束与零件表面作用时，产生的温度，通过红外温控器控制，并及时将加工零件表面温度实时传输到电脑控制器，通过控制器可以及时调整加工工艺参数和表面重熔质量，完成激光重熔。
[0008]所述数控加工平台，首先用于装夹待加工工件，同时可以通过电脑控制器控制其在二维平面内按照激光重熔工艺要求进行运动。
[0009]所述可控激光加工头是一双对称装置，分置在数控加工平台上方两侧，在进行激光重熔时，它们同时对待加工工件表面进行对称扫描加工，光束参数完全相同；该部件可以沿垂直方向上下运动，依据重熔工艺决定重熔光斑在工件表面加工的搭接率；与此相伴的是红外温控器与其装配在一起，可以随时检测加工工件的表面温度，并将温度参数信息传送到电脑控制器，以便及时调整激光器输出功率，从而控制加工质量。
[0010]所述光学分光器，能够将激光器发射的激光，通过光学分光器中安置的分光镜，将其平均分配为光学参数完全相同的两束激光，这两束激光分别通过分光器两侧的光传输親合器导入导光光缆，通过导光光缆传输到各自的激光加工头。
[0011]所述电脑控制器，实际是整个重熔加工的控制指挥中心，与激光器相连控制激光器输出功率；与数控加工平台相连，控制平台运动轨迹；与激光加工头相连，控制激光加工头运动轨迹；与红外温控器相连，监测待加工工件表面温度，从而可以及时调整激光束输出功率。
[0012]与现有技术相比，本发明的优点和效果:本发明提供的方法和装置，将激光重熔过程中的单面加工变为双面对称加工；使用该装置，可以通过预先的激光重熔工艺参数的输入，一次性高质量地完成对薄壁件表面的激光重熔加工，可以有效地避免激光重熔引发的工件由于受热不均产生的宏观形变。该装置自动化程度高，方便操作，质量控制好，特别适用于对各种薄壁零件表面的激光重熔加工。
【附图说明】
[0013]图1是本发明提供的一步式激光重熔涡轮叶片热障涂层专用装置示意图。
[0014]I和11一可控(移动和旋转)激光加工头；2和10—红外温控器，3—光传输親合器，4激光光束，5—激光器，7和20—导光光缆，6—分光器，8—涡轮叶片，9和19一激光束，13—数控加工平台，15 —电脑控制器，12、14、16、17和18—数据线。
【具体实施方式】
[0015]如图1所示，所述的具有便于控制因重熔加热引起叶片变形和应力的，能够实现自动化重熔涡轮涡扇叶片热障涂层的激光重熔装置，其整体装置主要由激光器5，光学分光器6、光传输親合器3、导光光缆7和20、红外温控器2和10、可移动可旋转的激光加工头I和11、数控加工平台13、电脑控制器15等主要构件组成。
[0016]在使用该装置实施激光重熔时，将待加工的涡轮叶片8装夹在数控加工平台13上，通过电脑控制器15，输入工件运动参数，然后打开激光器5，激光器5发出激光光束4，从空间传输到分光器6，经由分光器6的分光镜将光束能量一分为二后，分别传输到光传输親合器3 (此为对称结构)，激光束经过光传输耦合器3后进入导光光缆7和20到可控激光加工头I和11，再通过可控激光加工头I和11中的激光耦合器将光束输出到待加工的涡轮叶片8 ;两束相同激光束9和19与零件表面作用时产生的温度，通过红外温控器2和10控制，并及时将涡轮叶片8表面温度实时传输到电脑控制器15，通过电脑控制器15可以及时调整加工工艺参数和表面重熔质量，完成激光重熔。
[0017]操作者首先在数控加工平台13装夹涡轮叶片8，同时将激光重熔的工艺参数和技术路径输入到电脑控制器15，打开激光器5，激光器5输出激光光束4，进入分光镜6，分光镜6将激光光束4 一分为二，通过耦合器3进入对称导光光缆7和20，激光通过导光光缆7和20分别进入可控激光加工头I和11，通过可控激光加工头中的耦合器分别输出激光束9和19，激光束9和19就能辐照到被加工件涡轮叶片8表面，进行激光重熔处理的双面对称加工。
[0018]在进行加工时，红外激光温控器2和10装配在可控激光加工头I和11上，通过红外温控器2和10可以对激光熔覆表面的温度实施实时监测，通过数据线17和16及时反馈到电脑控制器15。
【主权项】
1.一步式激光重熔涡轮叶片热障涂层的专用装置，其特征在于:所述装置主要由激光器，光学分光器、光传输親合器、导光光缆、两个红外温控器、一对能够移动旋转的可控激光加工头、数控加工平台、电脑控制器组成；将待加工的涡轮叶片装夹在数控加工平台上，激光器发出的激光束传输到光学分光器，经由光学分光器的分光镜将光束能量一分为二后，分别传输到光学分光器两侧的光传输耦合器，激光束经过光传输耦合器后进入导光光缆传输到对称布置的两个可控激光加工头，再通过可控激光加工头中的激光耦合器将光束输出到待加工的涡轮叶片表面；所述的红外温控器安装在可控激光加工头上，可控激光加工头位于待加工的涡轮叶片的垂直上方，能够沿沿垂直方向上下运动；电脑控制器分别与激光器、数控加工平台、可控激光加工头、红外温控器连接。2.如权利要求1所述的一步式激光重熔涡轮叶片热障涂层的专用装置，其特征在于:所述数控加工平台，首先用于装夹待加工工件，同时可以通过电脑控制器控制其在二维平面内按照激光重熔工艺要求进行运动。3.如权利要求1所述的一步式激光重熔涡轮叶片热障涂层的专用装置，其特征在于:所述可控激光加工头是一双对称装置，分置在数控加工平台上方两侧，在进行激光重熔时，它们同时对待加工工件表面进行对称扫描加工，光束参数完全相同；该部件可以沿垂直方向上下运动，依据重熔工艺决定重熔光斑在工件表面加工的搭接率；与此相伴的是红外温控器与其装配在一起，可以随时检测加工工件的表面温度，并将温度参数信息传送到电脑控制器，以便及时调整激光器输出功率，从而控制加工质量。4.如权利要求1所述的一步式激光重熔涡轮叶片热障涂层的专用装置，其特征在于:所述光学分光器，能够将激光器发射的激光，通过光学分光器中安置的分光镜，将其平均分配为光学参数完全相同的两束激光，这两束激光分别通过分光器两侧的光传输親合器导入导光光缆，通过导光光缆传输到各自的激光加工头。5.如权利要求1所述的一步式激光重熔涡轮叶片热障涂层的专用装置，其特征在于:所述电脑控制器，实际是整个重熔加工的控制指挥中心，与激光器相连控制激光器输出功率；与数控加工平台相连，控制平台运动轨迹；与激光加工头相连，控制激光加工头运动轨迹；与红外温控器相连，监测待加工工件表面温度，从而可以及时调整激光束输出功率。
【专利摘要】本发明属于激光重熔技术领域，特指一种便于控制因重熔加热引起叶片变形和应力的，能够实现自动化重熔涡轮涡扇叶片热障涂层的激光重熔装置。本发明将激光重熔过程中的单面加工变为双面对称加工；使用该装置，可以通过预先的激光重熔工艺参数的输入，一次性高质量地完成对薄壁件表面的激光重熔加工，可以有效地避免激光重熔引发的工件由于受热不均产生的宏观形变。该装置自动化程度高，方便操作，质量控制好，特别适用于对各种薄壁零件表面的激光重熔加工。
【IPC分类】C23C24/10
【公开号】CN104928675
【申请号】CN201510380440
【发明人】花银群, 李军, 陈瑞芳, 张俊松, 吴杰
【申请人】江苏大学
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2015年7月2日