，并根据监测的能量传递改变能量传递速率。
7.如权利要求1所述的系统，还包括: 第二激光轮廓测定仪装置，处于激光焊接装置的下游，用于扫描熔覆涡轮机部件基底的表面，并获取焊后部件尺寸数据； 所述控制系统把焊后部件尺寸数据与部件规格尺寸数据比较，并根据所述比较的结果改变用于熔覆部件基底表面各部分的相应填料引入模式和/或焊接模式，以使焊后部件尺寸符合部件规格尺寸数据。
8.如权利要求1所述的系统，还包括: 滤光器，耦合至激光轮廓测定仪，用于在部件熔覆过程中屏蔽由激光焊接装置产生的或从部件反射的特定频率范围；并且 轮廓测定仪的激光束频率范围在被滤除的频率范围之外。
9.如权利要求1所述的系统，还包括: 具有一对独立的光路的光纤管，所述光路在光纤管的输入端光耦合至相应的轮廓测定仪装置和焊接激光器；和 变焦透镜，用于聚焦由相应的激光器产生的激光束，并光耦合至光纤管的输出端。
10.如权利要求1所述的系统，其中，轮廓测定仪装置和焊接装置共享用于产生相应的扫描和焊接激光束的公共激光器，控制系统改变激光功率输出、频率或输出调制中的一项或多项，从而针对轮廓测定仪装置和焊接装置以不同模式操作激光源。
11.一种用填料层对具有基底和表面的涡轮机部件进行熔覆的系统，包括: 工作台装置，用于在其上接收涡轮机部件基底，并具有工作台接口 ； 激光轮廓测定仪装置，用于实时扫描涡轮机部件基底表面，并获取部件尺寸数据，该激光轮廓测定仪装置具有: 扫描激光器，产生用于从涡轮机部件表面反射光能的扫描激光束； 至少一个移动扫描反射镜，拦截扫描激光束，用于把扫描激光束定向到基底表面上；和 激光轮廓测定仪装置驱动系统接口，耦合至所述的扫描激光器和至少一个移动扫描反射镜，用于使它们之间彼此相对移动； 熔覆填料分布装置，用于在涡轮机部件基底上引入填料，该熔覆填料分布装置具有:分布装置外壳，具有限定分布孔的外表面以及与分布孔相通、适于留存填料的内腔；进料机构，适于有选择性地从所述内腔经由分布孔供送填料；和进料机构驱动系统接口，耦合至进料机构，用于有选择性地从所述内腔经由分布孔供送填料； 激光焊接装置，用于向涡轮机部件基底和该基底上的填料传递光能，该光能使填料熔合到该基底上，作为以焊接模式施加的沉积填料层，该激光焊接装置具有: 焊接激光器，产生焊接激光束，以传递光能； 至少一个移动焊接反射镜，拦截焊接激光束，用于把激光束定向到基底表面上；和焊接激光装置驱动系统接口，耦合至所述的焊接激光器和至少一个移动焊接反射镜，用于使它们之间彼此相对移动； 驱动系统，与工作台、轮廓测定仪、熔覆填料分布装置、激光焊接装置以及它们各自的驱动接口工作耦合，以操作这些装置，并实现这些装置之间的受控相对运动；和控制系统，与所述这些装置的每一个和它们的驱动接口工作耦合，用于: 利用激光轮廓测定仪装置实时地获取部件尺寸数据； 实时地把获得的部件尺寸数据与部件规格尺寸数据比较； 根据部件尺寸数据和部件规格尺寸数据的比较结果:实时地确定用于熔覆部件基底表面的各部分的相应填料引入模式和焊接模式，以使焊后部件尺寸符合部件规格尺寸数据；和 实时地使熔覆填料分布装置和激光焊接装置执行其各自模式，以熔覆涡轮机部件基底。
12.如权利要求11所述的系统，还包括: 第二激光轮廓测定仪装置，处于激光焊接装置的下游，用于扫描熔覆涡轮机部件基底的表面，并获取焊后部件尺寸数据； 所述控制系统把焊后部件尺寸数据与部件规格尺寸数据比较，并根据所述比较的结果改变用于熔覆部件基底表面各部分的相应填料引入模式和/或焊接模式，以使焊后部件尺寸符合部件规格尺寸数据。
13.如权利要求11所述的系统，还包括: 滤光器，耦合至激光轮廓测定仪，用于在部件熔覆过程中屏蔽由激光焊接装置产生的或从部件反射的特定频率范围；并且 轮廓测定仪的激光束频率范围在被滤除的频率范围之外。
14.如权利要求11所述的系统，其中，控制系统通过以下的任何一个控制功能使焊接激光器和焊接激光驱动系统接口在整个焊接模式中保持向所述基底一致地传递能量，而不会导致所述基底热老化: 改变所述基底和焊接激光束的相对移动速度； 改变焊接激光器的功率输出； 使焊接激光束和所述基底相互之间形成光栅状扫描； 沿焊接模式路径使所述基底和焊接激光束彼此相对平移和摆动； 改变填料的成分、引入速度或分散模式；或 利用控制系统在闭环反馈回路中监测能量传递，并根据监测的能量传递改变能量传递速率。
15.如权利要求11所述的系统，其中，熔覆填料分布装置还包括: 多个排成阵列的分布孔； 分布孔隔离机构，用于有选择性地把分布孔与所述内腔中的填料隔离，并耦合至进料机构驱动系统接口； 孔调整机构，用于有选择性地改变分布孔的尺寸，并耦合至进料机构驱动系统接口 ；所述控制系统使熔覆填料分布装置有选择性地改变分布孔隔离机构、孔调整机构以及进料机构驱动系统接口的操作，以执行填料引入模式。
16.如权利要求11所述的系统，其中，熔覆填料分布装置还包括: 多个用于留存相应的填充金属的内腔；和 内腔选择机构，用于有选择性地使分布孔和相应的内腔连通，并耦合至进料机构驱动系统接口 ； 控制系统，使熔覆填料分布装置有选择性地改变内腔选择机构以及进料机构驱动系统接口的操作，以改变填料引入模式中的填料成分。
17.—种用填料层对具有基底和表面的涡轮机部件进行熔覆的系统，包括: 移动工作台装置，由运动控制系统驱动，用于在其上接收涡轮机部件基底，并具有工作台接口 ； 激光轮廓测定仪装置，用于实时扫描涡轮机部件基底表面，并获取部件尺寸数据，该激光轮廓测定仪装置具有: 扫描激光器，产生用于从涡轮机部件表面反射光能的扫描激光束； 至少一个移动扫描反射镜，拦截扫描激光束，用于把扫描激光束定向到基底表面上；和激光轮廓测定仪装置驱动系统接口，耦合至所述的扫描激光器和至少一个移动扫描反射镜，用于使它们之间彼此相对移动； 熔覆填料分布装置，用于在涡轮机部件基底上引入填料，该熔覆填料分布装置具有:分布装置外壳，具有限定分布孔的外表面以及与分布孔相通、适于留存填料的内腔；进料机构，适于有选择性地从所述内腔经由分布孔供送填料；和进料机构驱动系统接口，耦合至进料机构，用于有选择性地从所述内腔经由分布孔供送填料； 激光焊接装置，用于向涡轮机部件基底和该基底上的填料传递光能，该光能使填料熔合到该基底上，作为以焊接模式施加的沉积填料层，该激光焊接装置具有: 焊接激光器，产生焊接激光束，以传递光能； 至少一个移动焊接反射镜，拦截焊接激光束，用于把激光束定向到基底表面上；和焊接激光装置驱动系统接口，其耦合至所述的焊接激光器和至少一个移动焊接反射镜，用于使它们之间彼此相对移动； 第二激光轮廓测定仪装置，处于激光焊接装置的下游，用于扫描熔覆涡轮机部件基底的表面，并获取焊后部件尺寸数据； 驱动系统，与工作台、轮廓测定仪、熔覆填料分布装置、激光焊接装置以及它们各自的驱动接口工作耦合，以操作这些装置，并实现这些装置之间的受控相对运动；和控制系统，与所述这些装置的每一个和它们的驱动接口工作耦合，用于: 利用激光轮廓测定仪装置实时地获取部件尺寸数据； 实时地把获得的部件尺寸数据与部件规格尺寸数据比较； 根据部件尺寸数据和部件规格尺寸数据的比较结果:实时地确定用于熔覆部件基底表面的各部分的相应填料引入模式和焊接模式，以使焊后部件尺寸符合部件规格尺寸数据；实时地使熔覆填料分布装置和激光焊接装置执行其各自模式，以熔覆涡轮机部件基底；和 实时地把焊后部件尺寸数据与部件规格尺寸数据比较，并根据所述比较的结果改变用于熔覆部件基底表面各部分的相应填料引入模式和/或焊接模式，以使焊后部件尺寸符合部件规格尺寸数据。
18.如权利要求17所述的系统，还包括: 滤光器，耦合至每个相应的激光轮廓测定仪，用于在部件熔覆过程中屏蔽由激光焊接装置产生的或从部件反射的特定频率范围；和 每个相应的轮廓测定仪具有在被滤除频率范围之外的激光束频率范围。
19.如权利要求17所述的系统，其中，控制系统通过以下的任何一个控制功能使焊接激光器和焊接激光驱动系统接口在整个焊接模式中保持向所述基底一致地传递能量，而不会导致所述基底热老化: 改变所述基底和焊接激光束的相对移动速度； 改变焊接激光器的功率输出； 使焊接激光束和所述基底相互之间形成光栅状扫描； 沿焊接模式路径使所述基底和焊接激光束彼此相对平移和摆动； 调制焊接激光器的功率输出； 改变填料的成分、引入速度或分散模式；或 利用控制系统在闭环反馈回路中监测能量传递，并根据监测的能量传递改变能量传递速率。
20.如权利要求17所述的系统，其中，熔覆填料分布装置还包括: 多个排成阵列的分布孔； 分布孔隔离机构，用于有选择性地把分布孔与所述内腔中的填料隔离，并耦合至进料机构驱动系统接口； 孔调整机构，用于有选择性地改变分布孔的尺寸，并耦合至进料机构驱动系统接口 ；所述控制系统使熔覆填料分布装置有选择性地改变分布孔隔离机构、孔调整机构以及进料机构驱动系统接口的操作，以执行填料引入模式。
【专利摘要】通过激光束焊接对高温合金部件(例如性能劣化的涡轮机轮叶和导叶)进行熔覆。通过预先对部件进行扫描(优选采用实时、非接触三维尺寸扫描)并把获得的尺寸扫描数据与部件的规格尺寸数据对比来确定焊接/熔覆路径，包括熔覆施加轮廓。确定被扫描部件的熔覆焊接路径，以使其尺寸符合规格尺寸数据。激光焊接装置优选与熔覆填充金属分布装置协作按焊接路径进行焊接，以施加所需的熔覆轮廓。在一些实施例中，对被焊部件进行焊后非接触三维尺寸扫描，并把焊后扫描尺寸数据与规格尺寸数据对比。优选通过焊前/焊后三维尺寸扫描在反馈回路中修改焊接路径和/或熔覆轮廓施加。
【IPC分类】B23K26-06, B23K20-00, B23K26-34, B23K26-082, B23K26-30
【公开号】CN104619454
【申请号】CN201380047630
【发明人】G.J.布鲁克, A.卡梅尔
【申请人】西门子能量股份有限公司
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2013年9月5日
【公告号】EP2895296A1, US20140069893, WO2014042938A1