涡轮发动机叶片自动化修复设备及其修复方法技术

本发明专利技术提供一种涡轮发动机叶片自动化修复设备及其修复方法，所述涡轮发动机叶片自动化修复设备包括计算机、激光器、机械臂、送粉器、激光头、三维扫描仪、叶片缺陷自动检测装置、打磨装置和安装底座，由计算机生成激光修复运动路径，激光器发出的激光通过激光头聚焦后与修复材料粉末一起投射到涡轮发动机叶片上，机械臂带动安装底座在空间内六自由度运动，激光沿着设定好的路径对涡轮发动机叶片进行激光熔覆。本发明专利技术提供的涡轮发动机叶片自动化修复设备及其修复方法采用高度集成、自动化的修复设备与工艺，实现涡轮发动机叶片的自动化与智能化的修复，从而提高涡轮发动机叶片的修复效率与质量。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种，所述涡轮发动机叶片自动化修复设备包括计算机、激光器、机械臂、送粉器、激光头、三维扫描仪、叶片缺陷自动检测装置、打磨装置和安装底座，由计算机生成激光修复运动路径，激光器发出的激光通过激光头聚焦后与修复材料粉末一起投射到涡轮发动机叶片上，机械臂带动安装底座在空间内六自由度运动，激光沿着设定好的路径对涡轮发动机叶片进行激光熔覆。本专利技术提供的采用高度集成、自动化的修复设备与工艺，实现涡轮发动机叶片的自动化与智能化的修复，从而提高涡轮发动机叶片的修复效率与质量。【专利说明】
本专利技术涉及激光加工领域，尤其涉及一种。
技术介绍
燃气轮机和航空发动机的高压涡轮叶片是整个发动机的关键部件之一，它直接承受燃烧后高压高温气体的推动，通过高速旋转产生气动动力。这些高性能叶片需要在高温高应力载荷的工作状态下长时间运转，其寿命往往是决定整个发动机使用周期寿命的薄弱环节。因此需要采用先进的检测与修复技术对这些存在缺陷和损伤的叶片进行自动化地修复，使其重新满足工业装备的使用要求，延长其使用寿命，获得可观的技术与经济效益。发动机的高压涡轮叶片，由于工作环境恶劣，选用的材料往往是性能优异的镍基高温合金，其材料昂贵，并且它的形状和内部结构极其复杂，铸造合格率一般很低，因此涡轮叶片的造价非常昂贵。现代燃气轮机上每片单晶叶片的造价可高达3万美元，一般来讲，叶片修复的成本费用平均值仅为更换新叶片成本费用的20-30%。涡轮发动机叶片常见的缺陷形式是叶尖部位的磨损、腐蚀、裂纹、材料缺失等。当前的涡轮发动机叶片修复工艺环节中存在大量的人工修复工艺与工序，修复效率与质量较低。这种人工叶片修复工艺步骤通常包括:叶片清洗(浸泡于化学试剂中清洗)=> 叶尖检测(荧光检测、X光检测等手段)=> 裂纹清洗或打磨(人工打磨)=> 人工电弧堆焊修补缺失材料=>叶尖人工打磨与检测。在这一修复过程中，打磨、堆焊等关键工艺环节均采用人工方法，修复效率低，可重复性差，质量难以控制，修复成品率低，而且对于叶尖部位的深(长)裂纹损伤，利用上述修复工艺方法则无法修复。当前，针对高性能金属零件修复的熔焊方法有钨极氩弧焊、等离子焊以及电子束焊等，其中手工钨极氩弧焊和等离子焊是较成熟的熔焊修复工艺，但是这两种方法在修复过程中热输入较大，易产生较大的热应力和热影响区，易造成裂纹、气孔等冶金缺陷，影响修复质量与零件使用寿命；电子束焊具有很好的能量聚焦性和可控性，但是需要较高的真空度和专门的真空设备，修复成本较高。
技术实现思路
本专利技术提供一种，以采用高度集成、自动化的修复设备与工艺，实现涡轮发动机叶片的自动化与智能化的修复，从而提高涡轮发动机叶片的修复效率与质量。为达到上述目的，本专利技术提供一种涡轮发动机叶片自动化修复设备，其包括计算机、激光器、机械臂、送粉器、激光头、三维扫描仪、叶片缺陷自动检测装置、打磨装置和安装底座，所述涡轮发动机叶片安设于所述安装底座上，所述激光器与所述激光头通过光缆连接，所述送粉器将修复材料粉末送到所述激光头的喷嘴处，所述机械臂带动所述安装底座在空间内做六自由度运动，所述三维扫描仪对所述涡轮发动机叶片进行三维扫描，所述叶片缺陷自动检测装置自动检测及识别所述涡轮发动机叶片上的缺陷，所述打磨装置对所述涡轮发动机叶片进行打磨，所述计算机与所述激光器、机械臂、送粉器、三维扫描仪、叶片缺陷自动检测装置和打磨装置电信连接。进一步的,所述打磨装置包括打磨机和打磨石,所述打磨机驱动所述打磨石旋转进而对所述涡轮发动机叶片进行随形打磨，所述打磨机与所述计算机电信连接。进一步的，所述叶片缺陷自动检测装置包括相机、光学镜头和照明光源，所述相机通过所述光学镜头对所述涡轮发动机叶片进行光学成像，所述照明光源为所述相机提供光学成像所需的照明光，所述相机与所述计算机电信连接。进一步的，所述涡轮发动机叶片自动化修复设备还包括平移台，所述激光头和所述打磨装置均设置于所述平移台中，所述平移台带动所述激光头和打磨装置在水平面内移动，所述平移台与所述计算机电信连接。进一步的，所述涡轮发动机叶片自动化修复设备还包括预热装置，所述预热装置为所述涡轮发动机叶片进行预热，所述预热装置与所述计算机电信连接。进一步的，所述预热装置包括预热机、预热线圈和红外测温仪，所述涡轮发动机叶片放置于所述预热线圈中，所述预热机控制所述预热线圈的温度为所述涡轮发动机叶片加热，所述红外测温仪实时测量所述涡轮发动机叶片的温度，所述预热机和所述红外测温仪均与所述计算机电信连接。本专利技术还提供一种上述涡轮发动机叶片自动化修复设备的修复方法，其包括:步骤一:清洗所述涡轮发动机叶片的表面涂层与油污，去除其表面氧化层，并将其安置在所述安装底座上的固定位置；步骤二:通过所述叶片缺陷自动检测装置捕捉所述涡轮发动机叶片的图像，并将图像数据传输到所述计算机上，通过所述计算机处理该图像数据得到涡轮发动机叶片上缺陷的数量、大小、位置参数；步骤三:对所述涡轮发动机叶片上的缺陷处进行激光清洗或机械打磨，以彻底去除缺陷处的金属氧化物和杂质；步骤四:通过所述三维扫描仪对所述涡轮发动机叶片进行三维扫描，并将扫描结果发送给所述计算机进行三维形面处理，再通过所述计算机进行数模比对分析，进而生成进行激光熔覆所需的加工路径，并根据该路径对所述机械臂输入动作指令；步骤五:通过所述激光器发出激光，同时所述送粉器向激光头中送去修复材料粉末，激光通过所述激光头聚焦后与修复材料粉末一起投射到所述涡轮发动机叶片上的缺陷处，所述机械臂根据之前输入的指令带动所述安装底座在空间内做六自由度运动，激光沿着设定好的路径对安置于所述安装底座上的所述涡轮发动机叶片的缺陷处进行激光熔覆；步骤六:完成激光熔覆后，通过所述机械臂将所述涡轮发动机叶片移动到所述打磨装置处，并通过所述打磨装置对激光熔覆后的所述涡轮发动机叶片进行打磨，使其原本缺陷处的形状、尺寸均符合图纸要求；步骤七:对完成激光修复的涡轮发动机叶片进行质量、装配检查，当其形状、尺寸及表面质量均合格时，结束修复过程，否则返回步骤二。进一步的，在所述步骤三中，通过所述机械臂将所述涡轮发动机叶片上的缺陷处对准所述激光头，并通过所述激光器发出若干短脉冲激光，该短脉冲激光通过所述激光头聚焦后投射在涡轮发动机叶片的缺陷处，对其缺陷处进行激光清洗，去除缺陷处的氧化物、杂质和周边金属机体。进一步的，在所述步骤三中，通过所述机械臂将所述涡轮发动机叶片移动到所述打磨装置处，并通过所述打磨装置对所述涡轮发动机叶片上的缺陷处进行打磨，形成小凹槽，去除缺陷处的氧化物和杂质。进一步的，在所述步骤六中，在打磨装置对激光熔覆后的所述涡轮发动机叶片进行打磨后，再通过所述计算机进行数模比对分析，进而生成叶片叶尖接长所需的激光熔覆路径，并根据该路径对所述机械臂输入动作指令，接着通过所述激光器发出激光，同时所述送粉器向激光头中送去修复材料粉末，激光通过所述激光头聚焦后与修复材料粉末一起投射到所述涡轮发动机叶片的叶尖上，所述机械臂根据之前输入的指令带动所述安装底座在空间内做六自由度运动，激光沿着设定好的路径对安置于所述安装底座上的所述涡轮发动机叶片的叶尖进行激光熔覆；完成激光熔覆后，再通过所述机械臂将所述涡轮发动机叶片本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：齐欢，
申请(专利权)人：上海彩石激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：