一种激光沉积修复飞机薄壁梁的装置及其修复方法与流程

本发明涉及激光沉积修复设备，具体涉及一种激光沉积修复飞机薄壁梁的装置及其修复方法。
背景技术：
：随着航空制造技术的不断发展，飞机薄壁梁的结构设计逐渐趋向复杂化和整体化，同时为了满足飞机承受载荷力及结构设计的要求，目前广泛使用钛合金等高强度、高成本和难加工的合金材料进行生产。因此，造成了飞机薄壁梁的成本昂贵，工艺复杂，生产周期较长；同时在服役过程中极易受到巨大交变的载荷力的作用出现裂纹等损伤。激光沉积修复(laserdepositionrepair，ldr)技术是一种兴起于20世纪80年代的激光再制造技术，该技术以激光熔覆和快速原形技术为基础，以金属粉末为原料，依据待修复零件缺损部位几何形状，利用高能激光热源在待修复部位直接逐层叠加成形缺损部位几何形貌，从而达到恢复待修复零件几何尺寸、优化组织和力学性能的目的。与传统的修复技术相比，激光沉积修复技术具有修复层与基体冶金结合，界面结合强度高，稀释率低且可控制，热影响区小，基体不易变形，综合力学性能优异，后续加工处理少，便于实现柔性化制造等优点。但是应用现有的激光沉积修复技术修复的飞机薄壁梁存在严重的边缘塌边现象，极大的降低了修复质量和提高了生产成本。技术实现要素：本发明要解决的技术问题是：克服现有技术中的技术问题，提供一种激光沉积修复飞机薄壁梁的装置。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种激光沉积修复飞机薄壁梁的装置，包括：加热板，用于承载待修复的飞机薄壁梁；激光沉积平台，用于修复待修复的飞机薄壁梁；交变磁场辅助平台，用于提供可变方向、强度的磁场，所述交变磁场辅助平台固定在所述激光沉积平台上；液氮强制冷却装置，用于冷却经修复的飞机薄壁梁；其中待修复的飞机薄壁梁承载在所述加热板上加热，并在所述交变磁场辅助平台提供的磁场环境下，通过所述激光沉积平台修复，再由所述液氮强制冷却装置的作用下冷却经修复的飞机薄壁梁。作为优选，所述激光沉积平台包括激光发生器、与所述激光发生器相连接的激光沉积头，与所述激光沉积头连通且连接的保护气系统，与所述激光沉积头连通且连接的恒温送粉器；其中经所述恒温送粉器加热的粉末由所述激光沉积头喷射到位于所述加热板上的待修复的飞机薄壁梁上。作为优选，所述恒温送粉器包括具有搅拌轴的箱体和设置在所述箱体内部的第一温度传感器，以及所述箱体的内壁具有若干加热棒。作为优选，所述液氮强制冷却装置包括高压液氮罐，通过电磁阀与所述高压液氮罐连通且连接的液氮收容箱，通过管道与所述液氮收容箱连接的两个铜片；以及所述高压液氮罐上具有一液位计。作为优选，所述激光沉积修复飞机薄壁梁的装置还包括一计算机，以及所述计算机分别与所述液位计、所述电磁阀和所述第一温度传感器电性连接。本发明的有益效果是，本发明通过加热板实现待修复的飞机薄壁梁的加热；通过激光沉积平台，实现对于待修复的飞机薄壁梁的修复效果；通过交变磁场辅助平台，实现在修复过程中磁场的提供，通过液氮强制冷却装置，实现冷却经修复的飞机薄壁梁，总体修复效果良好，效率高，成本低。本发明还提供了一种激光沉积修复飞机薄壁梁的修复方法，在修复过程中，提供一方向可变，强度可调的交变磁场；待修复区域为规则区域，修复点为激光沉积点；当激光沉积点位于待修复区域的上半部分时，交变磁场的磁场力方向由待修复区域的上边界指向待修复区域的中心线；当激光沉积点位于待修复区域的下半部分时，交变磁场的磁场力方向由待修复区域的下边界指向待修复区域的中心线。作为优选，在提供交变磁场之前：s1，对飞机薄壁梁的待修复区域进行无损探伤检测，将待修复的薄壁梁的损伤部位切割修整规则化处理、打磨、清洗擦干，并装夹在激光沉积平台上面；s2，根据预制的修复尺寸和形状，利用计算机构建三维模型并规划路径反馈给激光沉积平台；s3,将待修复的飞机薄壁梁加热到300℃~600℃，并将该温度反馈到计算机；在提供交变磁场之时：s4,调节交变磁场，在计算机中输入预设的交变磁场的程序，向激光沉积平台输入加工参数，进行第一层激光沉积修复加工，此时飞机薄壁梁及熔覆层的温度大于600℃；在提供交变磁场之后：s5,第一层激光沉积修复加工完成后，使初步修复的飞机薄壁梁及熔覆层降温至300℃~600℃，并将该温度反馈到计算机；s6,往复步骤s4和步骤s5，直至完成整个修复加工。作为优选，步骤s1中，采用400目的砂纸进行打磨，采用酒精进行清洗擦干；步骤s4中，加工参数包括激光功率为1200w~2000w，焦距为300mm，扫描速度为5mm/s~7mm/s，搭接率为35%~50%，扫描间距为2mm；交变磁场的强度为40mt~70mt。本发明的有益效果是，本发明的修复方法，在待修复区域处于修复状态的时候，增加了交变磁场的作用，很好的修复了传统的“塌边现象”，消除经修复的飞机薄壁梁的内部缺陷，提高了经修复的飞机薄壁梁的综合性能，实现了待修复的飞机薄壁梁的高质量、高效率、低成本的修复。附图说明下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1是本发明的一种激光沉积修复飞机薄壁梁的装置的优选实施例的示意图；图2是本发明的激光沉积头与加热板的优选实施例的结构示意图；图3是本发明的恒温送粉器的优选实施例的结构示意图；图4是本发明的液氮强制冷却装置的优选实施例的示意图；图5是本发明的修复点的修复路径示意图；图6是本发明的交变磁场与修复点的示意图。图中：飞机薄壁梁1，加热板2；激光沉积平台3；恒温送粉器31，搅拌轴311，箱体312，搅拌叶313，加热棒314，第一温度传感器315；激光沉积头32；交变磁场辅助平台4；液氮强制冷却装置5，铜片501，高压液氮罐502，电磁阀503，液氮收容箱504，液位计505；计算机6，第二温度传感器7。具体实施方式现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。实施例一如图1~4所示，本发明提供了一种激光沉积修复飞机薄壁梁的装置，包括：加热板2，用于承载待修复的飞机薄壁梁1；激光沉积平台3，用于修复待修复的飞机薄壁梁1；交变磁场辅助平台4，用于提供可变方向、强度的磁场，所述交变磁场辅助平台4固定在所述激光沉积平台3上；液氮强制冷却装置5，用于冷却经修复的飞机薄壁梁1；其中待修复的飞机薄壁梁1承载在所述加热板2上加热，并在所述交变磁场辅助平台4提供的磁场环境下，通过所述激光沉积平台3修复，再由所述液氮强制冷却装置5的作用下冷却经修复的飞机薄壁梁1。通过加热板2实现待修复的飞机薄壁梁1的加热；通过激光沉积平台3，实现对于待修复的飞机薄壁梁1的修复效果；通过交变磁场辅助平台4，实现在修复过程中磁场的提供，通过液氮强制冷却装置5，实现冷却经修复的飞机薄壁梁1，总体修复效果良好，效率高，成本低。在一些实施例中，所述激光沉积平台3包括激光发生器、与所述激光发生器相连接的激光沉积头32，与所述激光沉积头32连通且连接的保护气系统，与所述激光沉积头32连通且连接的恒温送粉器31；其中经所述恒温送粉器31加热的粉末由所述激光沉积头32喷射到位于所述加热板2上的待修复的飞机薄壁梁1上。需要指出的是，该激光发生器、激光沉积头32和保护气系统属于现有技术，此处便不再累述。在一些实施例中，所述恒温送粉器31包括具有搅拌轴311的箱体312和设置在所述箱体312内部的第一温度传感器315，以及所述箱体312的内壁具有若干加热棒314。其中，搅拌轴311是可转动地设置在箱体312内，并且该搅拌轴311与电机的输出轴同轴固定，搅拌轴311上具有搅拌叶313，当电机驱动搅拌轴311转动的时候，搅拌叶313会带动箱体312内的粉末的攒动，从而促进后续加热棒314的均匀加热效果，而加热棒314本身在现有技术中已经得到了广泛的运用，因此此处也不再累述。第一温度传感器315的存在，主要用于实时监测用于搅拌轴311搅拌的粉末，在加热棒314加热效果下的温度。在一些实施例中，所述液氮强制冷却装置5包括高压液氮罐502，通过电磁阀503与所述高压液氮罐502连通且连接的液氮收容箱504，通过管道与所述液氮收容箱504连接的两个铜片501；以及所述高压液氮罐502上具有一液位计505。两个铜片501分别位于加热板2的两侧，在两个铜片501之间为待修复的飞机薄壁梁1，铜片501本身温度的改变能够直接传达到待修复的飞机薄壁梁1上，从而实现热传导的效果。高压液氮罐502内的液氮通过电磁阀503注入到液氮收容箱504内，然后再借助管道向铜片501喷射，铜片501本身具有良好的导热性，并且在液氮的作用下，迅速降温，而铜片501同步地将温度传递给待修复的飞机薄壁梁1，从而实现快速的降温效果。液位计505的存在，主要是用于观测该高压液氮罐502内的容量，从而便于及时增加液氮。在一些实施例中，所述激光沉积修复飞机薄壁梁1的装置还包括一计算机6，以及所述计算机6分别与所述液位计505、所述电磁阀503和所述第一温度传感器315电性连接。其中，计算机6与液位计505、电磁阀503和第一温度传感器315使用的程序为现有程序，通过计算机6能够实现电磁阀503的调节，从而控制在两个铜片501上的容量。实施例二实施例二可以基于实施例一的基础上进行。如图1~4所示，实施例二提供了一种激光沉积修复飞机薄壁梁1的修复方法，该修复方法包括，在修复的过程中，提供一个交变磁场，该交变磁场的强度可以调节，方向也可以改变，根据不同的加工参数实现该强度以及方向的调节。其中，加工参数包括加工位置，加工区域以及加工厚度相关，根据不同的加工厚度调节该交变磁场的强度，即，厚度越深，该交变磁场的强度越大。其中，交变磁场的位置只要保证能够作用到激光熔覆的熔池即可。而至于加工位置，首先需要指出的是，待修复区域必定是一个规则的区域，如正方体，长方体，梯台等等，而激光修复的时候，是从一个修复点至第二个修复点的形式加工，此处，我们把该修复点命名为激光沉积点。若待修复区域为正方体，对其加工的时候则是从正方体的底面正方形开始。当激光沉积点位于底面正方形的上半部分时，交变磁场的磁场力方向由底面正方形的上边界指向底面正方形的中心线；当激光沉积点位于底面正方形的下半部分时，交变磁场的磁场力方向由底面正方形的下边界指向底面正方形的中心线。若待修复区域为梯台，对其加工的时候则是从梯台的底面梯形开始。当激光沉积点位于底面梯形的上半部分时，交变磁场的磁场力方向由底面梯形的上边界指向底面梯形的中心线；当激光沉积点位于底面梯形的下半部分时，交变磁场的磁场力方向由底面梯形的下边界指向底面梯形的中心线。实施例三如图1~4所示，实施例三是对实施例二的全过程补充。s1，对飞机薄壁梁1的待修复区域进行无损探伤检测，将待修复的薄壁梁的损伤部位切割修整规则化处理、打磨、清洗擦干，并装夹在激光沉积平台3上面；s2，根据预制的修复尺寸和形状，利用计算机6构建三维模型并规划路径反馈给激光沉积平台3；s3,将待修复的飞机薄壁梁1加热到300℃~600℃，并将该温度反馈到计算机6；s4,调节交变磁场，在计算机6中输入预设的交变磁场的程序，向激光沉积平台3输入加工参数，进行第一层激光沉积修复加工，此时经过第一层修复的飞机薄壁梁1的表面的温度高于600℃；s5,第一层激光沉积修复加工完成后，使初步修复的飞机薄壁梁1及熔覆层降温至300℃~600℃，并将该温度反馈到计算机6；s6,往复步骤s4和步骤s5，直至完成整个修复加工。其中，步骤s1中，采用400目的砂纸进行打磨，采用酒精进行清洗擦干；步骤s4中，加工参数包括激光功率为1200w~2000w，焦距为300mm，扫描速度为5mm/s~7mm/s，搭接率为35%~50%，扫描间距为2mm；交变磁场的强度为40mt~70mt。实施例四如图1~4所示，实施例四是实施例三与实施例一的结合。s1，对飞机薄壁梁1的待修复区域进行无损探伤检测，将待修复的飞机薄壁梁1的损伤部位切割修整规则化处理、打磨、清洗擦干，并装夹在激光沉积平台3上面；s2，根据预制的修复尺寸和形状，利用计算机6构建三维模型并规划路径；s3,将修复所需的粉末装入恒温送粉器31并对其进行加热至200℃~400℃，通过第一温度传感器315反馈给计算机6；同时利用加热板2将待修复的飞机薄壁梁1加热到300℃~600℃，通过设置在加热板2上的第二温度传感器7反馈给计算机6；s4，打开交变磁场辅助平台4，在计算机6中输入预设的交变磁场的程序，并且打开恒温送粉器31和激光沉积平台3，输入加工参数，进行第一层激光沉积修复加工；s5，第一层激光沉积修复加工完成后，打开液氮强制冷却装置5，通过调节电磁阀503控制液氮作用在两铜片501上面的容量，使待修复的飞机薄壁梁1及熔覆层快速降温至300℃~600℃，通过第二温度传感器7反馈到计算机6；s6,重复步骤s4和步骤s5直至完成整个修复加工。其中，若待修复的飞机薄壁梁1的表面出现裂纹的话，可以借助磁粉探伤，如果待修复的飞机薄壁梁1的表面没有明显缺陷而内部有缺陷的话，则是通过使用超声波检测。构建三维模型并规划路径采用的软件可以为mastercam，关于交变磁场辅助平台4，可以为提供交变磁场的设备即可，如交变电流线圈等等。实施例五如图1~6所示，实施例五为实施例四的一个具体的实施例，其中，待修复的飞机薄壁梁1的待修复区域的长度为3500mm，宽度为80mm,深度为5mm。如图6所示，h的数值为80mm，a、b为修复点即激光沉积点，fl为磁场力，o为原点，如图5所示，为修复点的修复路径。首先，对待修复区域进行无损探伤检测，采用机械的手段去除表面裂纹和潜在损伤区，将待修复的飞机薄壁梁1的损伤部位切割修整成规则的长方形区域，然后使用400目的砂纸进行打磨，并且使用酒精清洗擦干，并装夹在激光沉积平台3上面。其次，根据预制的修复尺寸和形状，利用计算机6中mastercam软件对待修复区域构建三维模型进行分层切片并规划路径，激光沉积修复的路径采用循环往复的方式实现。再而，将修复所需的钛合金粉末装入恒温送粉器31，利用加热棒314、搅拌轴311和搅拌叶片313实现对钛合金粉末的搅拌并对其进行均匀加热至300℃，同时利用加热板2将飞机薄壁梁1加热到500℃，通过第一温度传感器315将钛合金粉末的温度反馈给计算机6，通过第二温度传感器7，将飞机薄壁梁1的温度反馈给计算机6。如图6所示，接着，打开交变磁场辅助平台4，由区域a的上顶点（坐标为（0mm，40mm））为起始点，在计算机6中输入预设的交变磁场的程序，通过计算机6控制磁场的方向，当加工区域位于（0mm，40mm]时，即待修复区域上半部分40mm内，磁场方向为-fl，磁场强度设置为40mt；加工区域位于（0mm，-40mm]时，即待修复区域下半部分40mm内，磁场方向为fl，磁场强度设置为40mt。并且打开送粉器和激光沉积系统，输入加工参数，其中激光功率为1500w，焦距为300mm，扫描速度为6mm/s，搭接率为45%，扫描间距为2mm。进行第一层激光沉积修复加工。然后，第一层激光沉积修复加工完成后，打开液氮强制冷却装置5，通过两个铜片501传导热，使飞机薄壁梁1及熔覆层快速降温至500±50℃，通过第二温度传感器7将飞机薄壁梁1的温度反馈到计算机6。最后，重复交变磁场的调节、熔覆层的熔覆，以及飞机薄壁梁1的冷却，直至进行到熔覆层累积至五层，而后完成整个损伤区域的修复加工。检测环节通过检测设备，对于有无交变磁场下修复的飞机薄壁梁1的检测，其中，该两个飞机薄壁梁1的待修复区域完全相同，材料完全相同，塌边现象拉伸强度最大载荷孔隙度无交变磁场有983.6mpa80.554kn13%有交变磁场无1181.6mpa87.863kn4%由以上图表可以毫无疑问的得到在交变磁场的作用下，飞机薄壁梁1的修复效果明显优于无交变磁场下修复的飞机薄壁梁1。以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。当前第1页12