激光光内送粉熔覆凹凸缺陷的修复方法及修复装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及激光熔覆立体成形技术领域，特别是涉及一种激光熔覆工艺中凹凸缺陷的修复方法及相应装置。
【背景技术】
[0002]激光熔覆立体成形技术是将激光束照射在加工表面，在金属材料表面形成熔池，同步将粉束送进熔池，激光将粉末熔化并在加工表面移动，熔池不断凝固形成熔道。该技术能够实现高性能金属零件的无模具、快速、全致密近净成形，在航空航天、冶金、矿山、机械制造等行业中发展很快。
[0003]在熔覆堆积成形的过程中，工艺控制是一个非常重要的方面。通常在最初的几层材料堆积过程中，成形表面可能会出现波动现象。此时，若不能得到控制，若干层堆积后表面将会出现凹凸不平，进而严重影响成形质量，甚至使堆积成形过程无法继续进行。
[0004]因此，针对上述问题，有必要提出进一步的解决方案。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明提供了激光熔覆工艺中凹凸缺陷的修复方法及相应装置，以克服现有技术中存在的不足。
[0006]为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下:
[0007]一种激光光内送粉熔覆凹凸缺陷的修复方法，其包括以下步骤:
[0008]S1.控制基体材料的凹凸缺陷表面中凹点位于环锥形聚焦激光束的初始负离焦位置，所述初始负离焦为2-4mm ；
[0009]S2.控制环锥形聚焦激光束、位于环锥形聚焦激光束内部的粉束、以及位于粉束外围的保护气同轴出射，射向基体材料的凹凸缺陷表面；
[0010]S3.控制环锥形聚焦激光束、连同其内部的粉束、粉束外围的保护气沿凹凸缺陷表面移动，环锥形聚焦激光束自凹凸缺陷中凹点移动至凸点过程中，环锥形聚焦激光束负离焦量由小变大；
[0011]S4.环锥形聚焦激光束将粉束熔化在材料表面并凝固成一层熔道，重复移动，通过逐层熔覆的方式逐步修复凹凸缺陷。
[0012]作为本发明的激光光内送粉熔覆凹凸缺陷的修复方法的改进，所述粉束位于环锥形聚焦激光束的轴心位置，粉束的直径为2mm ；
[0013]作为本发明的激光光内送粉熔覆凹凸缺陷的修复方法的改进，所述步骤S3中，环锥形聚焦激光束的扫描速度为4-6mm/s，粉束的供粉率为7_9g/min，保护气的载气流量为2.5-3.5L/min。
[0014]为实现上述目的，本发明还提供一种激光熔覆工艺中凹凸缺陷的修复装置，其包括:高功率光纤激光器系统、机器人系统、送粉器、光内送粉喷头、保护气输送系统；
[0015]所述光内送粉喷头用于出射环锥形聚焦激光束，所述光内送粉喷头与所述高功率光纤激光器系统相连接；所述送粉器和保护气输送系统与所述熔覆光头相连接，所述送粉器包括喷粉管，所述喷粉管设置于环锥形聚焦激光束的中心，并与所述环锥形聚焦激光束同轴设置，所述保护气输送系统输送的保护气形成于所述粉束的外围。
[0016]与现有技术相比，本发明的有益效果是:本发明的激光熔覆工艺中凹凸缺陷的修复方法基于中空激光以及光内送粉对基体材料的凹凸缺陷表面进行修复，同时，通过合理控制激光离焦量，在凹凸缺陷表面形成平整的熔覆层，修复了熔覆堆积成形的过程中成形表面因堆积产生的凹凸不平。修复形成的熔覆层，其宽度变化小，；组织相对均匀、致密，硬度从顶部至底部呈平稳下降趋势。
【附图说明】
[0017]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1为激光的负离焦量与相应形成的熔覆层的厚度的关系曲线图；
[0019]图2为采用本发明的激光熔覆工艺中凹凸缺陷的修复方法堆积多层熔覆层后的照片；
[0020]图3为采用对比实施例中的方法堆积多层熔覆层后的照片；
[0021]图4为对图2中多层熔覆层进行切取试样获得的试样的截面图；
[0022]图5为图4中试样的内部组织中a处的扫描电镜图；
[0023]图6为图4中试样的内部组织中b处的扫描电镜图；
[0024]图7为图4中试样的内部组织中c处的扫描电镜图；
[0025]图8为针对采用本发明的方法堆积的多层熔覆层表面至靠近基体材料方向的显微硬度曲线；
[0026]图9为采用本发明的方法对薄壁墙修复后，任一薄壁墙的宽度变化曲线。
【具体实施方式】
[0027]为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
[0028]本发明的激光熔覆工艺中凹凸缺陷的修复方法包括如下步骤:
[0029]S1.控制基体材料的凹凸缺陷表面中凹点位于环锥形聚焦激光束的初始负离焦位置，所述初始负离焦为2-4mm ；
[0030]S2.控制环锥形聚焦激光束、位于环锥形聚焦激光束内部的粉束、以及位于粉束外围的保护气同轴出射，射向基体材料的凹凸缺陷表面；
[0031]S3.控制环锥形聚焦激光束、连同其内部的粉束、粉束外围的保护气沿凹凸缺陷表面移动，环锥形聚焦激光束自凹凸缺陷中凹点移动至凸点过程中，环锥形聚焦激光束负离焦量由小变大；
[0032]S4.环锥形聚焦激光束将粉束熔化在材料表面并凝固成一层熔道，重复移动，通过逐层熔覆的方式逐步修复凹凸缺陷。
[0033]具体地，所述步骤SI之前还包括:在对基体材料的凹凸缺陷表面进行修复之前，需要对其进行前处理。该前处理具体包括:采用砂纸对凹凸缺陷表面进行打磨，并用酒精去除油污后再用丙酮清洗，随后在200°C的烘箱内放置2h去除水分。
[0034]所述步骤S2中，环锥形聚焦激光束同保护气及粉束采取同轴出射方式，照射于的凹凸缺陷表面上，从而，粉束在激光的作用下融化沉积在相应表面上，形成熔覆层。
[0035]具体地，环锥形聚焦激光束为中空激光，此处所称中空激光是指射出的激光为环形，从而，所述光内送粉是指在环形激光的内部送入待喷射的粉体。进一步地，所述激光为环形光束，所述喷涂的粉束位于环形光束的轴心位置，所述保护气位于粉束外围，形成保护气帘。优选地，所述粉体、环形激光、以及保护气帘同轴设置。其中，喷射的粉体形成粉束，该粉束挺直，发散较小，其直径优选为2mm。
[0036]所述待喷射的粉体可以为粒径为75?106 μ m的Fe313合金粉末，该合金粉末，按重量百分比计，包括碳0.1%、硅2.5?3.5%、铬13.0?17.0%、硼0.5?1.5%、剩余为铁。
[0037]此外，步骤S2中，激光的扫描速度为5mm/s，供电率为8g/min，载气流量为3L/min。
[0038]所述步骤S3中，负离焦量是指负离焦的绝对值。
[0039]如图1所示，其为环锥形聚焦激光束的负离焦量与相应形成的熔覆层的厚度的关系曲线图，由图中可知，随着环锥形聚焦激光束的负离焦量不断减小，环形光斑直径逐渐增大，相应地，熔池变大，进入熔池的粉末增多，从而，单层熔覆层的厚度随之增高。当离焦量达-3mm左右时，环锥形聚焦激光束功率密度、环形光斑占空比及粉斑大小达到最佳耦合，此时单层熔覆层积厚度最高。随着环锥