焊接或增材修复区域的激光抛光与激光冲击强化制造方法技术

本发明专利技术公开了焊接或增材修复区域的激光抛光与激光冲击强化制造方法，将焊接或增材修复后的工件进行机加工处理后，采用激光抛光技术对工件表面进行激光抛光，降低工件表面粗糙度，提高工件表面质量，提高抛光效率；然后对激光抛光后的工件表面进行激光冲击强化，改变工件表面应力状态，使其全为压应力，提高工件的使用寿命；该将焊接或增材修复技术、激光抛光技术和激光冲击强化技术结合一体，可完成复杂零件复合制造，实现大幅度提高生产效率，也节约了成本。且能够实现修复区域微观组织改性、光洁度提高和力学性能改善的综合提升。

【技术实现步骤摘要】
焊接或增材修复区域的激光抛光与激光冲击强化制造方法
本专利技术涉及金属材料焊接或增材修复及焊接或修复后表面处理和强化
，具体涉及一种焊接或增材修复金属表面激光抛光及激光冲击强化复合加工制造方法。
技术介绍
近年来，在金属焊接或金属增材修复过程中常伴有飞溅、凸台、涟漪状纹理等问题，这些问题导致制造件的表面粗糙度较大，且在使用过程中易导致应力集中，引起开裂。对于简单结构件，常采用机械加工去除表面飞溅颗粒，焊接余高等，但机加工处理后的表面粗糙度较大，很难满足复杂结构件对表面粗糙度的要求。焊接或增材修复后的工件表面粗糙度较大，在进行机加工处理后需要进行抛光处理才能满足复杂金属零件的使用要求；现阶段复杂金属零件如增材修复的整体叶盘，由于复杂曲面较多，常采用手工抛光的方式，但手工抛光效率低，质量较差会影响零件使用性能；激光抛光作为一种新兴的抛光技术，因具有非接触式、可选区、抛光粗糙度可调节等优势，被国内外学者所重视；激光冲击强化是一种先进的表面改性技术，通过在试样表面产生等离子体冲击波使试样表面发生变形和动态屈服，诱导材料表面形成硬化层和残余压应力层，同时改变材料表面的微观组织，从而使材料表面得以强化，显著改善金属材料的综合力学性能和耐磨耐腐蚀性能。因此，目前任一单工艺因素难以实现高质量制造。
技术实现思路
本专利技术是针对上述任一单工艺因素难以实现高质量制造的问题，提供一种焊接或增材修复区域的激光抛光与激光冲击强化制造方法，该方法将焊接或增材修复技术、激光抛光技术与激光冲击强化技术相结合，构成复合一体化制造方法以解决上述技术问题。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是：焊接或增材修复区域的激光抛光与激光冲击强化制造方法，该方法将焊接或增材修复技术、激光抛光技术和激光冲击强化技术结合一体，完成复杂零件复合制造，包括如下步骤：步骤一，将待焊接或增材修复工件打磨、清洗及烘干后放置在数控工作台夹具中；步骤二，根据所述工件尺寸和性能要求，设置相应的焊接参数或增材修复参数，激光抛光参数及激光冲击强化参数；步骤三，根据所述焊接参数或增材修复参数，启动相应焊接或增材修复设备，对待加工工件进行焊接或增材修复，至焊缝完整且无明显缺陷或增材修复区域完整且无明显缺陷；步骤四，在完成焊接或增材修复后，暂停所述焊接或增材修复设备，对焊接或增材修复余高进行初步机加工；移动载有工件的数控工作台到激光抛光设备下方，启动激光抛光设备，在惰性气体保护下对焊接或增材修复表面区域进行激光抛光处理，使工件表面降低至预设粗糙度；步骤五，暂停激光抛光设备，移动载有工件的数控工作台到激光冲击强化设备下方，启动激光冲击强化设备，对工件表面进行冲击强化；其中：焊接工件强化区域为焊缝、热影响区和周围母材；增材修复工件强化区域为已增材修复区域、修复过程产生的热影响区和周围母材。进一步地，还包括：步骤六，对焊接或增材修复的工件进行表面粗糙度、残余应力检测，确定是否满足性能要求。进一步地，步骤二中所述焊接或增材修复参数为：焊接电流80-120A，焊接速度50-150mm/min，送丝速度500-1500mm/min，焊丝直径1.2-1.6mm，正、背面保护气气流量15-20L/min。进一步地，步骤二中所述的激光抛光参数为：激光波长408-1064nm，激光功率功率为100-1000W，搭接率10-90％，扫描速度100-2000mm/s。进一步地，步骤二中所述激光冲击强化参数为：激光波长408-1064nm，脉宽15ps-15ns，光斑直径1-5mm，重复率1-50Hz，输出能量5-35J。本专利技术优点在于：本专利技术提供的焊接或增材修复区域的激光抛光与激光冲击强化制造方法，将焊接或增材修复后的工件进行机加工处理后，采用激光抛光技术对工件表面进行激光抛光，降低工件表面粗糙度，提高工件表面质量，提高抛光效率；然后对激光抛光后的工件表面进行激光冲击强化，改变工件表面应力状态，使其全为压应力，提高工件的使用寿命；该将焊接或增材修复技术、激光抛光技术和激光冲击强化技术结合一体，可完成复杂零件复合制造，实现大幅度提高生产效率，也节约了成本。附图说明图1为本专利技术实施例提供的焊接或增材修复区域的激光抛光与激光冲击强化制造方法的流程图；图2为本专利技术实施例提供的激光抛光后TC17钛合金结构件表面电镜观察形貌图；图3为本专利技术实施例提供的焊接或增材修复区域的激光抛光与激光冲击强化制造设备的加工示意图；附图中：1、焊接或增材设备；2、待修复工件；3、数控工作台；4、激光抛光器；5、激光冲击强化设备；6、已增材修复工件；7、已激光抛光工件。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。本专利技术提供的焊接或增材修复区域的激光抛光与激光冲击强化制造方法，该方法将焊接或增材修复技术、激光抛光技术与激光冲击强化技术相结合，基于焊接或增材修复区域的激光抛光与激光冲击强化复合一体制造设备，能够实现修复区域微观组织改性、光洁度提高和力学性能改善的综合提升。实施例1：本专利技术实施例以实现电弧增材修复整体叶盘(以GE90发动机压气机为例，其所用材料：TC17钛合金)为例，将电弧增材技术、激光抛光技术与激光冲击强化相结合，其方法流程如图1所示，具体步骤如下所示：步骤一，依次使用200目、400目、800目、1500目和2500目的砂纸对待增材修复工件2进行打磨后，置于丙酮中进行超声清洗，去除工件表面杂质与油污，随后放置120℃烘箱中烘干1小时；将清洗好的待修复工件放置在数控工作台3中，进行定位，装夹。步骤二，根据待修复工件尺寸，将增材修复的三维模型导入设备中；设定电弧增材设备参数：焊接电流100A，焊接速度100mm/min，送丝速度1000mm/min，焊丝直径1.2mm，正、背面保护气气流量15L/min；然后设定激光抛光设备参数：激光波长1064nm，激光功率为200W，搭接率50％，扫描速度200mm/s；最后设定激光冲击强化设备参数：激光波长1064nm，脉宽15ns，光斑直径4mm，重复率1Hz，输出能量20J。步骤三，启动焊接或增材设备1(TIG电源配合ABB机器人)，机器人根据步骤二中的增材路径代码执行，在气体保护下进行增材，直至增材完成(增材修复区域完整且无明显缺陷为止)；步骤四，暂停焊接或增材设备1，增材修复后工件表面质量较差，先用机加工去除工件表面余高，移动已增材修复工件6至激光抛光器4(型号为BLC-100)的正下方，然后启动抛光激光器4，在惰性气体保护下对粗糙工件表面进行激光抛光处理，去除机加工留下的划痕、少量余高和飞溅等，激光抛光后测量工件本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.焊接或增材修复区域的激光抛光与激光冲击强化制造方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤一，将待焊接或增材修复工件打磨、清洗及烘干后放置在数控工作台夹具中；/n步骤二，根据所述工件尺寸和性能要求，设置相应的焊接参数或增材修复参数，激光抛光参数及激光冲击强化参数；/n步骤三，根据所述焊接参数或增材修复参数，启动相应焊接或增材修复设备，对待加工工件进行焊接或增材修复；/n步骤四，在完成焊接或增材修复后，暂停所述焊接或增材修复设备，对焊接或增材修复余高进行初步机加工；移动载有工件的数控工作台到激光抛光设备下方，启动激光抛光设备，在惰性气体保护下对焊接或增材修复表面区域进行激光抛光处理，使工件表面降低至预设粗糙度；/n步骤五，暂停激光抛光设备，移动载有工件的数控工作台到激光冲击强化设备下方，启动激光冲击强化设备，对工件表面进行冲击强化。/n

【技术特征摘要】
1.焊接或增材修复区域的激光抛光与激光冲击强化制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，将待焊接或增材修复工件打磨、清洗及烘干后放置在数控工作台夹具中；
步骤二，根据所述工件尺寸和性能要求，设置相应的焊接参数或增材修复参数，激光抛光参数及激光冲击强化参数；
步骤三，根据所述焊接参数或增材修复参数，启动相应焊接或增材修复设备，对待加工工件进行焊接或增材修复；
步骤四，在完成焊接或增材修复后，暂停所述焊接或增材修复设备，对焊接或增材修复余高进行初步机加工；移动载有工件的数控工作台到激光抛光设备下方，启动激光抛光设备，在惰性气体保护下对焊接或增材修复表面区域进行激光抛光处理，使工件表面降低至预设粗糙度；
步骤五，暂停激光抛光设备，移动载有工件的数控工作台到激光冲击强化设备下方，启动激光冲击强化设备，对工件表面进行冲击强化。


2.根据权利要求1所述的焊接或增材修复区域的激光抛光与激光冲击强化制造方法，其特征在于，还包括：
步骤六，对焊...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭伟，薛俊良，张恭轩，桓恒，邵天巍，彭鹏，朱颖，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11