專利名稱：利用脈沖yag激光現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)大型工件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種工件修復(fù)技術(shù)，尤其涉及一種利用脈沖YAG激光熔覆技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)大型工件的方法。
背景技術(shù)：
改革開(kāi)放以來(lái)，國(guó)外大批的高精尖設(shè)備引入我國(guó)，許多重大工程裝備造價(jià)十分昂貴，一旦出現(xiàn)損壞，使生產(chǎn)線中斷。特別是進(jìn)口設(shè)備，缺少備件，臨時(shí)引進(jìn)不僅價(jià)格昂貴，而且時(shí)間緊迫，不能保證及時(shí)生產(chǎn)，將造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，開(kāi)展重大裝備修復(fù)，發(fā)展快速、高效、精密的修復(fù)技術(shù)，不僅具有廣闊的市場(chǎng)需求，而且具有重大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
國(guó)內(nèi)企業(yè)一般采用氬弧焊、電焊進(jìn)行大型工件和模具的修復(fù)。在精度高、形狀復(fù)雜的今天，傳統(tǒng)的修復(fù)方法越來(lái)越表現(xiàn)出局限性1、大型工件和模具需要拆卸送到指定地點(diǎn)修復(fù)；2、往往造成不可預(yù)見(jiàn)的缺陷打邊、氣孔、沙眼等；3、工件和模具高溫退火產(chǎn)生變形；4、生產(chǎn)效率低。
激光熔覆修復(fù)技術(shù)是近十幾年來(lái)發(fā)展的高新技術(shù)。激光填料修復(fù)是指在缺陷處預(yù)先填入特定焊料后用激光照射熔化，形成異種金屬和相同金屬之間的冶金結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件和模具的缺陷、裂紋補(bǔ)給能量和物質(zhì)使之愈合。在機(jī)器、設(shè)備的易磨損或易腐蝕部位，采用激光在其表面熔覆，具有耐磨、耐蝕、耐熱等優(yōu)異的性能的熔覆層，從而可以大大延長(zhǎng)機(jī)器、設(shè)備的使用壽命在保證原零件尺寸和材料性能的條件下，對(duì)磨損的零件表面進(jìn)行修復(fù)，實(shí)現(xiàn)廢物的再利用。激光熔覆修復(fù)技術(shù)與傳統(tǒng)的表面處理技術(shù)，如堆焊、噴鍍、熱噴涂、噴焊等技術(shù)相比，激光表面處理技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)熔覆層與基體可以形成牢固的冶金結(jié)合，界面結(jié)合強(qiáng)度高；可以獲得低稀釋率的熔覆層；熱影響區(qū)和熱變形小使得工件變形小、自動(dòng)化程度高；激光表面處理屬于快速凝固過(guò)程，容易得到細(xì)晶組織或形成常規(guī)處理無(wú)法得到的新相等等。
目前的激光熔覆技術(shù)采用高功率CO2激光設(shè)備，價(jià)格高，用戶難以接受，設(shè)備龐大，很難直接在現(xiàn)場(chǎng)施工。
由于脈沖YAG固體激光器的峰值功率完全可以達(dá)到高功率激光熔覆的要求，采用光纖技術(shù)直接將激光能量引至工件，這樣在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行修復(fù)時(shí)，工件甚至可以不必拆卸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用脈沖YAG固體激光現(xiàn)場(chǎng)大型工件的方法。
本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下措施實(shí)現(xiàn)一種利用脈沖YAG激光現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)大型工件的方法，包括以下步驟①修復(fù)部位的清理用角磨機(jī)清理傷損部位形成V型凹槽、直到漏出金屬本色；②激光熔覆修復(fù)將金屬粉末預(yù)置在清理過(guò)的V型凹槽內(nèi)，在惰性氣體保護(hù)下采用光纖將脈沖YAG激光遠(yuǎn)距離傳輸?shù)浇?jīng)清理的V型凹槽并進(jìn)行平面掃描，逐點(diǎn)逐線激光熔覆直至獲得熔覆截面；③機(jī)加復(fù)形利用打磨機(jī)修復(fù)工件的幾何尺寸。
所述脈沖YAG激光的頻率為1～200Hz，脈寬0.3～20ms，脈沖電流為2～250A；所述脈沖YAG激光的焦距為1～200mm，光斑直徑0.5～4mm；掃描速度1.1～5.0mm/s。
所述金屬粉末在清理凹槽內(nèi)的鋪粉厚度為1～1.5mm。
所述的惰性保護(hù)氣體為氬氣，其流量為3～5L/min。
本發(fā)明于現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明利用脈沖激光熔覆技術(shù)，可采用較少的能量獲得較深的修復(fù)，與國(guó)外同類產(chǎn)品相比具有更高的功率；由于YAG激光熔覆對(duì)非激光照射部位沒(méi)有或影響極小(一般為0.1～0.2mm)，因此，其熱影響的區(qū)小工件熱變形小，修復(fù)后無(wú)開(kāi)裂現(xiàn)象，被修復(fù)的工件表面可以達(dá)到原基底材料的性能(熔覆層與基材的結(jié)合強(qiáng)度不低于原基材的90％，熔覆層的阻熱與母材的組織非常接近，均為珠光體+鐵素體組織不存在明顯的組織差別，熔覆層及其界面組織致密，精粒細(xì)小，沒(méi)有孔洞，夾雜、裂紋等缺陷；激光熔覆層可由多層組成。底層與基體浸潤(rùn)性好，結(jié)合強(qiáng)度高；中間層具有一定強(qiáng)度和硬度，抗裂性好；面層具有抗沖刷，耐磨損，和耐腐蝕等性能)，修復(fù)質(zhì)量高。
2、本發(fā)明利用YAG脈沖激光修復(fù)過(guò)程中，基體溫度不超過(guò)40℃，激光加工后無(wú)熱變形。
3、本發(fā)明利用光纖將YAG脈沖激光傳輸?shù)叫迯?fù)部位，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)激光熔覆修復(fù)和機(jī)加復(fù)形，縮短了修復(fù)周期，免除了裝卸搬運(yùn)工作風(fēng)險(xiǎn)，很大程度上節(jié)約了時(shí)間、人力、物力。
4、本發(fā)明的熔覆技術(shù)可控性好，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。
具體實(shí)施例方式
1、修復(fù)部位的清理利用角磨機(jī)打磨清理傷損部位形成V型凹槽、使凹槽漏出金屬本色。
2、激光熔覆修復(fù)將金屬粉末預(yù)置在清理過(guò)的V型凹槽內(nèi)(鋪粉厚度為1～1.5mm)，激光從加工頭向下輻照；將帶激光加工頭的移動(dòng)三角架工作臺(tái)放置在需要焊補(bǔ)的工件上方，使用光纖將激光從激光工作主機(jī)導(dǎo)引至工作三腳架，采用X-Y工作臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)平面掃描運(yùn)動(dòng)。
具體做法是將激光頭固定在X-Y工作臺(tái)的懸臂上，使激光頭隨工作臺(tái)一起做平面運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)焊補(bǔ)部位逐點(diǎn)逐線的激光熔覆直至獲得一個(gè)熔覆截面。
其中激光熔覆的工藝參數(shù)為脈沖YAG激光的頻率為1～200Hz，脈寬0.3～20ms，脈沖電流為1～250A；脈沖YAG激光的焦距為1～200mm，光斑直徑0.5～4mm掃描速度1.1～5.0mm/s。
為了使激光修復(fù)界面的性能，激光熔覆過(guò)程應(yīng)在惰性氣體的保護(hù)下進(jìn)行。這里保護(hù)氣體為氬氣，其流量為3～5L/min。
3、機(jī)加復(fù)形使用工廠現(xiàn)有的機(jī)械加工設(shè)備或油石打磨，恢復(fù)工件幾何尺寸。
權(quán)利要求
1.一種利用脈沖YAG激光現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)大型工件的方法，包括以下步驟①修復(fù)部位的清理用絞磨機(jī)打磨清理工件傷損部位形成V型凹槽、漏出金屬本色；②激光熔覆修復(fù)將金屬粉末預(yù)置在清理過(guò)的V型凹槽內(nèi)，在惰性氣體保護(hù)下采用光纖將脈沖YAG激光遠(yuǎn)距離傳輸?shù)浇?jīng)清理的V型凹槽并進(jìn)行平面掃描，逐點(diǎn)逐線激光熔覆直至獲得熔覆截面；③機(jī)加復(fù)形利用打磨機(jī)修復(fù)工件的幾何尺寸。
2.如權(quán)利要求1所述利用脈沖YAG激光現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)大型工件的方法，其特征在于所述脈沖YAG激光的頻率為1～200Hz，脈寬0.3～20ms，脈沖電流為2～250A；所述脈沖YAG激光的焦距為1～200mm，光斑直徑0.5～4mm；掃描速度1.1～5.0mm/s。
3.如權(quán)利要求1所述利用脈沖YAG激光現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)大型工件的方法，其特征在于所述金屬粉末在清理凹槽內(nèi)的鋪粉厚度為1～1.5mm。
4.如權(quán)利要求1所述利用脈沖YAG激光現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)大型工件的方法，其特征在于所述的惰性保護(hù)氣體為氬氣，其流量為3～5L/min。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種利用脈沖YAG固體激光現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)大型工件的方法，包括修復(fù)部位的清理、YAG激光熔覆修復(fù)、機(jī)加復(fù)形三個(gè)工藝過(guò)程。由于利用脈沖激光熔覆技術(shù)，可采用較少的能量獲得較深的修復(fù)，與國(guó)外同類產(chǎn)品相比功率更高；同時(shí)由于YAG激光熔覆對(duì)非激光照射部位沒(méi)有或影響極小，修復(fù)質(zhì)量高；由于采用光纖將脈沖激光傳輸?shù)叫迯?fù)部位，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)激光熔覆修復(fù)和機(jī)加復(fù)形，縮短了修復(fù)周期，免除了裝卸搬運(yùn)工作風(fēng)險(xiǎn)，很大程度上節(jié)約了時(shí)間、人力、物力。
文檔編號(hào)B23K26/34GK1923445SQ20061010453
公開(kāi)日2007年3月7日 申請(qǐng)日期2006年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月1日
發(fā)明者陳培鋒, 安兵 申請(qǐng)人:甘肅景程光電技術(shù)有限公司