基于电磁辅助的激光-MIG电弧复合熔覆修复方法及设备技术

本发明专利技术提出了一种基于电磁辅助的激光

【技术实现步骤摘要】
基于电磁辅助的激光
‑
MIG电弧复合熔覆修复方法及设备


[0001]本专利技术涉及激光加工制造
，具体地指一种基于电磁辅助的激光
‑
MIG电弧复合熔覆修复方法及设备。

技术介绍

[0002]激光熔覆技术属于基体材料金属及其熔覆材料的增材制造技术，是激光强化制造、激光修复再制造、以及激光3D打印技术的重要支撑，它的原理是利用高性能的激光束作为热源，受到激光束辐射的基体材料(工件)的上薄层与熔覆材料在高温下共同熔化，经过快速凝固，在基体材料表面熔覆一层具有特殊物理、化学或力学性能的表面涂层，从而显著提高基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化性能，达到改善基体材料表面质量的目的。激光熔覆技术相比于其它熔覆技术，具有以下优势：第一，结合区域稀释率较低，基体材料与熔覆涂层结合强度大；第二，热影响区域较小，工作效率和加工精度高、基体材料无明显热变形；第三，加工范围较小，能节约材料损耗；第四，激光熔覆技术对外部环境适应性高，能达到绿色环保的目的。
[0003]但是传统的激光熔覆技术也具有以下缺点：第一，基体材料经熔覆修复处理后，熔覆层表面粗糙度较大，残余应力高，仍需较为复杂的后期加工；第二，在熔覆修复过程中，工艺参数的波动可能造成整体修复的失败；第三，不同材料的膨胀系数影响基体材料与熔覆材料的结合性，容易产生较大的缺陷。
[0004]现有技术中，为避免单一的激光熔覆修复技术所存在的问题，有的采用激光
‑
电弧复合熔覆修复技术，也有的在激光
‑
>电弧复合熔覆修复技术的技术上，外加横向磁场、或纵向磁场辅助。但是单独施加横向磁场、或纵向磁场中的一种，仍不能获得较好的熔覆层表面质量。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足之处，本专利技术提出一种基于电磁辅助的激光
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MIG电弧复合熔覆修复方法及设备，一方面利用激光热源和MIG电弧热源共同融化金属焊丝，显著降低激光器所用功率，提高熔覆效率；另一方面通过外加变位磁场对熔覆层熔池内同时施加横向磁场作用和纵向磁场作用，使熔覆层表面质量得到更好的改善。
[0006]为达到上述目的，本专利技术所设计的一种基于电磁辅助的激光
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MIG电弧复合熔覆修复方法，其特别之处在于，包括如下步骤：
[0007]步骤1，对工件进行修复前检测，检查工件外观表面是否存在裂纹、气孔、锈蚀、划伤、变形缺陷，确定工件的待熔覆位置，并评估待熔覆位置的裂纹、气孔、锈蚀、划伤、变形的缺陷程度，根据评估的缺陷程度，确定熔覆修复的工艺参数；
[0008]步骤2，将工件表面待熔覆区域进行打磨，直至完全去除毛刺、翻边，反复清洗工件表面，去除油渍以及锈迹，然后将工件进行烘干，再将烘干后的工件固定在金属基板上表面；
[0009]步骤3，将MIG焊枪垂直悬空布置在工件待熔覆区域的正上方，在MIG焊枪两侧分别设置倾斜悬空布置的激光头和导磁芯棒，在导磁芯棒外周缠绕并固定励磁线圈，使MIG焊枪中心轴线与激光头、导磁芯棒中心轴线之间分别形成夹角a、夹角b；同时在MIG焊枪外周装配水平定位夹，在激光头和导磁芯棒外周分别装配倾斜定位夹，且水平定位夹与倾斜定位夹之间活动连接；
[0010]步骤4，将激光器通过导线连接到导磁芯棒，利用激光器提供的励磁电流为励磁线圈通电，使导磁芯棒上产生沿导磁芯棒中心轴线方向布置的外加变位磁场；通过调整倾斜定位夹相对于MIG焊枪的距离和角度，改变导磁芯棒中心轴线与MIG焊枪中心轴线之间的夹角b，进而改变外加变位磁场的方向，并最终改变外加变位磁场的横向磁场分量大小和纵向磁场分量大小；
[0011]步骤5，将激光头通过光导纤维连接到激光器，使激光头产生激光热源；在MIG焊枪尾端设置导电件，在导电件内部插入一根沿导电件轴线布置、且延伸至MIG焊枪顶头的金属焊丝，并在金属焊丝外周设置与导电件连接的送丝轮组，送丝轮组通过电机驱动，同时将金属夹具装夹在金属基板一端，将导电件和金属夹具分别通过导线连接到焊机正负极，通过焊机提供的电源，金属焊丝与工件之间放电产生MIG电弧，生成MIG电弧热源；
[0012]步骤6，将激光器和焊机分别通过导线连接到计算机，通过计算机编写修复程序，并通过计算机同时控制激光器和焊机的修复工艺参数；开启激光器和焊机，电机驱动送丝轮组将金属焊丝送入MIG焊枪，利用激光热源和MIG电弧热源融化金属焊丝，对工件待熔覆区域执行熔覆修复作业，并通过外加变位磁场对熔覆层熔池内施加横向磁场分量作用和纵向磁场分量作用；
[0013]步骤7，再次检查工件已熔覆区域的表面质量，针对不合格或不达标的已熔覆区域，返回步骤1重新规划并继续修复，确保工件待熔覆区域的修复质量。
[0014]进一步地，步骤2中，通过台虎钳将烘干后的工件固定，所述台虎钳包括放置在金属基板上表面的虎钳底座，所述虎钳底座上表面一端设置有垂直布置的固定钳口，另一端设置有与固定钳口平行布置的活动钳口，所述活动钳口远离固定钳口侧设置有手柄，所述活动钳口靠近固定钳口侧设置有与手柄相连接的丝杆，所述丝杆活动端连接有滑块，通过旋转手柄使丝杆转动，丝杆推动滑块朝向固定钳口方向进行水平运动，使固定钳口与滑块之间形成钳口，从而将放置在虎钳底座上表面且置于钳口中的工件夹紧。
[0015]更进一步地，步骤2中，所述滑块与丝杆之间通过紧固螺母固定。
[0016]更进一步地，步骤2中，使用专用打磨机将工件表面待修复区域进行打磨，使用专用清洗剂反复清洗工件表面，将工件放入烘箱中烘干。
[0017]进一步地，步骤3中，所述水平定位夹通过螺栓装配在MIG焊枪外周，所述倾斜定位夹分别通过螺栓装配在激光头和导磁芯棒外周。
[0018]更进一步地，步骤3中，所述水平定位夹两端分别开凿有水平布置的凹槽，每个所述倾斜定位夹上设置有能够在凹槽内滑动的滑杆，每个所述滑杆外侧设置有用于固定滑杆与凹槽相对位置的螺母。
[0019]进一步地，步骤1中，使用外观缺陷检测设备对工件进行修复前检测。
[0020]更进一步地，步骤1或步骤6中，熔覆修复的工艺参数如下：激光功率为500～800W，光斑直径为2～5mm，送丝速度1.2～1.4m/min，焊枪内通入保护气体为纯氩气，其流量为14
～16L/min，磁场大小为0.015～0.03T。
[0021]本专利技术还设计出一种基于电磁辅助的激光
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MIG电弧复合熔覆修复设备，其特别之处在于，包括金属基板，所述金属基板上表面放置有用于固定工件的台虎钳，所述工件待熔覆区域的正上方设置有垂直悬空布置的MIG焊枪，所述MIG焊枪两侧分别设置倾斜悬空布置的激光头和导磁芯棒，所述导磁芯棒外周缠绕固定有励磁线圈，所述MIG焊枪外周装配水平定位夹，所述激光头和导磁芯棒外周分别装配倾有斜定位夹，水平定位夹与倾斜定位夹之间活动连接，使MIG焊枪中心轴线与激光头、导磁芯棒中心轴线之间分别形成夹角a、夹角b；
[0022]所述MIG焊枪尾端设置有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电磁辅助的激光
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MIG电弧复合熔覆修复方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，对工件(1)进行修复前检测，检查工件(1)外观表面是否存在裂纹、气孔、锈蚀、划伤、变形缺陷，确定工件(1)的待熔覆位置，并评估待熔覆位置的裂纹、气孔、锈蚀、划伤、变形的缺陷程度，根据评估的缺陷程度，确定熔覆修复的工艺参数；步骤2，将工件(1)表面待熔覆区域进行打磨，直至完全去除毛刺、翻边，反复清洗工件(1)表面，去除油渍以及锈迹，然后将工件(1)进行烘干，再将烘干后的工件(1)固定在金属基板(2)上表面；步骤3，将MIG焊枪(3)垂直悬空布置在工件(1)待熔覆区域的正上方，在MIG焊枪(3)两侧分别设置倾斜悬空布置的激光头(6)和导磁芯棒(7)，在导磁芯棒(7)外周缠绕并固定励磁线圈(8)，使MIG焊枪(3)中心轴线与激光头(6)、导磁芯棒(7)中心轴线之间分别形成夹角a、夹角b；同时在MIG焊枪(3)外周装配水平定位夹(4)，在激光头(6)和导磁芯棒(7)外周分别装配倾斜定位夹(5)，且水平定位夹(4)与倾斜定位夹(5)之间活动连接；步骤4，将激光器(11)通过导线(10)连接到导磁芯棒(7)，利用激光器(11)提供的励磁电流为励磁线圈(8)通电，使导磁芯棒(7)上产生沿导磁芯棒(7)中心轴线方向布置的外加变位磁场；通过调整倾斜定位夹(5)相对于MIG焊枪(3)的距离和角度，改变导磁芯棒(7)中心轴线与MIG焊枪(3)中心轴线之间的夹角b，进而改变外加变位磁场的方向，并最终改变外加变位磁场的横向磁场分量大小和纵向磁场分量大小；步骤5，将激光头(6)通过光导纤维(9)连接到激光器(11)，使激光头(6)产生激光热源；在MIG焊枪(3)尾端设置导电件(12)，在导电件(12)内部插入一根沿导电件(12)轴线布置、且延伸至MIG焊枪(3)顶头的金属焊丝(13)，并在金属焊丝(13)外周设置与导电件(12)连接的送丝轮组(14)，送丝轮组(14)通过电机驱动，同时将金属夹具(15)装夹在金属基板(2)一端，将导电件(12)和金属夹具(15)分别通过导线(10)连接到焊机(16)正负极，通过焊机(16)提供的电源，金属焊丝(13)与工件(1)之间放电产生MIG电弧，生成MIG电弧热源；步骤6，将激光器(11)和焊机(16)分别通过导线(10)连接到计算机(17)，通过计算机(17)编写修复程序，并通过计算机(17)同时控制激光器(11)和焊机(16)的修复工艺参数；开启激光器(11)和焊机(16)，电机驱动送丝轮组(14)将金属焊丝(13)送入MIG焊枪(3)，利用激光热源和MIG电弧热源融化金属焊丝(13)，对工件(1)待熔覆区域执行熔覆修复作业，并通过外加变位磁场对熔覆层熔池内施加横向磁场分量作用和纵向磁场分量作用；步骤7，再次检查工件(1)已熔覆区域的表面质量，针对不合格或不达标的已熔覆区域，返回步骤1重新规划并继续修复，确保工件(1)待熔覆区域的修复质量。2.根据权利要求1所述的基于电磁辅助的激光
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MIG电弧复合熔覆修复方法，其特征在于：步骤2中，通过台虎钳(18)将烘干后的工件(1)固定，所述台虎钳(18)包括放置在金属基板(2)上表面的虎钳底座(18
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1)，所述虎钳底座(18
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1)上表面一端设置有垂直布置的固定钳口(18
‑
2)，另一端设置有与固定钳口(18
‑
2)平行布置的活动钳口(18
‑
3)，所述活动钳口(18
‑
3)远离固定钳口(18
‑
2)侧设置有手柄(18
‑
4)，所述活动钳口(18
‑
3)靠近固定钳口(18
‑
2)侧设置有与手柄(18
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4)相连接的丝杆(18
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5)，所述丝杆(18
‑
5)活动端连接有滑块(18
‑
6)，通过旋转手柄(18
‑
4)使丝杆(18
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5)转动，丝杆(18
‑
5)推动滑块(18
‑
6)朝向固定钳口(18
‑
2)方向进行水平运动，使固定钳口(18
‑
2)与滑块(18
‑
6)之间形成钳口，从而将放置在虎钳底座(18
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1)上表面且置于钳口中的工件(1)夹紧。
3.根据权利要求2所述的基于电磁辅助的激光
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MIG电弧复合熔覆修复方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘练，周萌，梁刚，李昌乐，尹建华，
申请(专利权)人：湖北三江航天江北机械工程有限公司，
类型：发明
国别省市：