手持式粉末供给的激光熔化焊炬制造技术

一种新颖创新的手持式粉末供给的激光融化焊炬（１００），其提供了使用粉末供给材料的激光焊接的手工灵活性。该手持式激光焊炬包括主体（１０４）、手柄（１０２）和喷嘴组件。喷嘴被与之稍微隔开的护罩（１７０）所保护。这两者之间的间隙提供了惰性气体可在其中流动的空间。来自远程光源的激光穿过喷嘴的中央孔而照射。喷嘴孔（１４４）被粉末通道的出口（１４８）所包围，并在工作焦点处与激光束对准以加工工件。近程传感器（２２０）可根据工件的存在与否来进行选择性的焊炬操作。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
专利
本专利技术涉及激光熔化焊接，更具体地涉及一种手持式粉末供给的激光熔化焊炬。相关技术的描述通常来说，通过激光束和合金粉末流的同时和协同的操作，就可以进行金属制品表面的焊接和/或合金化。为了实现这一目的，目前已经使用了一些系统，其具有激光源和聚焦装置，以及设置成整体组件一部分的粉末传送装置。激光束使制品表面上的一块较小的区域熔化，并通过粉末流来将受控体积的合金化颗粒传送到熔体池中。在激光熔化焊接中，通过激光束和合金粉末的同时和协同的操作，就可对金属或其它材料制品的表面进行合金化或其它处理。通常来说，激光束使制品外表面的相对较小的体积熔化，粉末系统将受控体积的合金化颗粒输送到该熔体体积内。合金化颗粒在整个这一体积内扩散，并以可控制的方式改变、补充或添加到外层的组成成分中。例如通过工件相对于射束焦点的推进可使射束移开，这会导致熔体体积迅速变冷。冷却发生得非常迅速，以至于该体积能够保留有熔融混合物的特性。作为一个例子，燃气涡轮发动机、例如那些用于喷气式飞机的燃气涡轮发动机目前被设计成能够满足日益提高的性能要求。已经受到广泛关注的发动机的一项设计要点是在快速旋转的叶片外周和周边外壳之间所形成的密封。另一受到关注的设计要点是喷气式发动机中的涡轮喷嘴系统。本专利技术的所有人霍尼韦尔国际公司通常利用称为JetFix的工艺来修理涡轮喷嘴。JetFix工艺采用下述步骤通过化学或机械的方式来剥离外部铝化物涂层，焊接裂缝，热冲击焊缝(以形成微裂缝)，对裂缝进行氟化物离子清洗(以去除氧化物)，镀覆JetFix铜焊合金，进行真空炉铜焊，混合铜焊，重新涂覆铝化物涂层，并进行有效的流动区域检查。在过去的十二年中已经使用了激光粉末熔化(LPF)技术，其体现出了在涡轮翼型上具有很小的热影响区域的优点。某些修理设备如霍尼韦尔国际公司所使用的那些修理设备已经成功地修理了超过500000件翼型，这些翼型随后已经累积经历了超过1千万小时的飞行时间。然而，可以买到的LPF机器相对较大，而且通常是沿着为修理专用部件而预编程的路径运作。这样，LPF的一项限制是在修理过程中，当进行焊接时使用者不能以习惯的方式来操作激光焊炬。因此，需要一种LPF装置，其可允许使用者在操作激光时能使焊缝和焊接工艺适应工件。本专利技术能够满足这种需求。专利技术概要本专利技术提供了一种手持式粉末供给的激光熔化焊炬，其通过将激光传输到焊接熔化粉末流上来实现定制的焊接。可提供这种紧凑的激光焊接系统的能力提高了方便性和灵活性，使焊工可以更好的技巧、灵活性和效率来创建或修理物体。通过大功率的激光加工可以修理磨损或损坏的金属部件和组件，或者是恢复其尺寸，在该激光加工中，激光源具有足以熔化金属表面的强度，同时将粉末、丝状或棒状形式的金属填充物引入到熔体池中。还可将液体或半液体形式的金属先质施加到表面上，使其干燥，之后进行激光加工。在传统工作站类型的激光粉末金属熔化设备无法接触到工作表面的情况下，优选使用紧凑的手持式焊炬。其它情况可能涉及到修理具有不规则的和随机的裂缝或损伤的部件，这些裂缝或损伤是无法用机器人或可编程的工作站来修理的。为了进行这种类型的修理，激光和金属填充物均需要一种便携式的灵活的传送系统。本专利技术通过将激光束和金属粉末的传送部件集成到一个紧凑的手持式单元中来满足这些需求。激光源可以是连续波的Nd:YAG激光器。在一个实施例中，手持式激光器包括主体和安装在主体上的喷嘴组件，该喷嘴组件形成有中央喷嘴孔，气体和包括激光在内的光可穿过该孔。喷嘴形成有第一和第二粉末流动通道，它们与中央喷嘴孔附近的工作焦点对齐。熔化粉末可通过第一和第二粉末流动通道来输送，以便被穿过中央喷嘴孔而传输的激光所熔化。在另一实施例中，提供了一种手工式地激光粉末熔化焊接工件的方法以进行构建和/或修理。还提供了一种可手工操作的手持式粉末供给的激光熔化焊炬。在这种手工操作中，焊炬通常享有很大的空间自由度，使得焊工可将焊炬置于多种且多个易达到的位置中。这样，焊工可使其行为适应手边的需求，还能不受激光焊炬的物理性限制。从优选实施例的下述描述中并结合以示例方式显示了本专利技术原理的附图，可以清楚本专利技术的其它特征和优点。附图简介附图说明图1是根据本专利技术的手持式粉末供给的激光熔化焊炬组件的右侧分解透视图。图2是图1所示手持式粉末供给的激光熔化焊炬的右侧剖视图，其带有光学准直仪但无喷嘴气罩。图3是图1所示手持式粉末供给的激光熔化焊炬沿着图8中的线3-3剖开的从右上方看去的局部剖视图。图4是图1所示手持式粉末供给的激光熔化焊炬在装配后的右侧透视图。图5是近程传感器系统的状态/控制图。图6是图1所示手持式粉末供给的激光熔化焊炬的右侧平面图。图7是图1所示手持式粉末供给的激光熔化焊炬沿着图6中的线7-7剖开的右侧剖视图。图8是图1所示手持式粉末供给的激光熔化焊炬的后平面图。优选实施例的介绍在下文中结合附图所进行的详细描述是对本专利技术的现有优选实施例的描述，并不代表可实施和/或使用本专利技术的唯一形式。在这些描述中结合所示实施例阐述了用于实施和操作本专利技术的步骤的功能和顺序。然而应当理解，通过不同的实施例也可实现相同或等效的功能和顺序，这些实施例也包含在本专利技术的精神和范围内。一种可选择的且成本较低或插入式的工艺使用手持式激光粉末熔化(LPF)焊炬，其可通过局部地去除涂层和裂缝、进行激光粉末熔化焊接、混合以及对铝化物涂层进行局部修补来修理涡轮喷嘴的裂缝。LPF焊接的优点是较低的热输入和所引起的热影响区域，其允许在涡轮喷嘴上进行之前无法进行的焊接。通过大功率的激光加工可以修理磨损或损坏的金属部件和组件，或者是恢复其尺寸，在该激光加工中，激光源具有足以熔化金属表面的强度，同时将粉末、丝状或棒状形式的金属填充物引入到熔体池中。还可将液体或半液体形式的金属先质施加到表面上，使其干燥，之后进行激光加工。在传统工作站类型的激光粉末金属熔化设备无法接触到工作表面的情况下，优选使用紧凑的手持式焊炬。其它情况可能涉及到修理具有不规则的和随机的裂缝或损伤的部件，这些裂缝或损伤是无法用机器人或可编程的工作站来修理的。为了进行这种类型的修理，激光和金属填充物均需要一种便携式的灵活的传送系统。本专利技术通过将激光束和金属粉末的传送部件集成到一个紧凑的手持式单元中来满足这些需求。目前所优选的激光源是中等功率到大功率(例如600-1000瓦)的连续波的Nd:YAG激光器，当聚焦在工作面上的某一点处时，其能够熔化多种金属。在YAG(Nd:YAG)激光器中，增强介质是含有镧系金属钕(Nd)的离子的钇铝石榴石(YAG)棒。根据具体应用的要求，可以使用其它的激光和/或粉末供给源。Nd:YAG激光器是可以使用的，其原因是1)Nd:YAG激光器的1.06微米(1.06μm)的基本特征波长能够容易地通过柔性硅纤维光缆来传输；2)射束的空间特性非常适合于在喷气式发动机场合中常用的熔化金属合金所需的足够能量密度和均匀度下通过简单的透镜来聚焦，以产生约1毫米(1mm)直径的光点直径；和3)Nd:YAG激光器的基波波长容易被基质金属吸收，使金属能在较低的激光功率设定值下熔化。根据手工操作的需要，光纤传输系统允许将激光源设置在离手持式激光焊炬的较远的位置。激光焊炬包括有光学系统和集成式金属粉末传本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于处理工件的手持式粉末供给的激光熔化焊炬（１００），包括：主体（１０４）；　安装在所述主体（１０４）上的喷嘴组件（１４０），所述喷嘴组件（１４０）形成有中央喷嘴孔（１４４），气体和包括激光在内的光可穿过所述孔；和其中，所述喷嘴形成有第一和第二粉末流动通道（１５２），它们与所述中央喷嘴孔（１４４）附近的工作焦点（２７０）对齐，通过所述第一和第二粉末流动通道（１５２）可输送熔化粉末，以便被穿过所述中央喷嘴孔（１４４）而传输的激光所熔化。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：MC贝克，G温彻斯特，F伦特里亚，VJ帕波托，WF赫曼，RF哈拉兹，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]