本发明专利技术公开了一种涡轮叶冠耐磨层的激光预热与激光沉积的同步方法与装置，涉及航空发动机零部件制造技术领域，其中，涡轮叶冠耐磨层的激光预热与激光沉积的同步方法包括通过预处理步骤、扫描路径规划步骤、参数确定步骤、同步步骤、沉积步骤和控制步骤，使涡轮叶冠工件的激光预热与激光沉积同步进行，同时保证了在工件表面沉积阶段，涡轮叶冠工件的预热温度处于第一目标温度范围内，且保证了在耐磨层待沉积表面沉积阶段，耐磨层待沉积表面的预热温度处于第二目标预热温度值范围内，实现了涡轮叶冠工件与耐磨层待沉积表面的同步预热，且随着沉积加工的继续，能始终保持目标预热温度，进而有效防止涡轮叶冠耐磨层的开裂。进而有效防止涡轮叶冠耐磨层的开裂。进而有效防止涡轮叶冠耐磨层的开裂。
【技术实现步骤摘要】
涡轮叶冠耐磨层的激光预热与激光沉积的同步方法与装置
[0001]本专利技术属于航空发动机零部件制造
，尤其涉及一种涡轮叶冠耐磨层的激光预热与激光沉积的同步方法与装置。
技术介绍
[0002]目前，高温合金具有优异的高温综合性能及优异的热疲劳特性，已被广泛应用于制造航空发动机涡轮叶片等热端部件。然而，在工作过程中涡轮叶片的叶冠接触处会发生剧烈磨损，磨损逐渐发展最终易导致涡轮叶片整体失效，严重影响发动机的力学性能与安全性。因此，在涡轮叶冠表面制备耐磨层，提升其耐磨性能，对于延长涡轮叶片的服役寿命具有重要意义。由于激光沉积过程中的加热或冷却速率最高可达107K/s，熔池温度梯度高，凝固速度快，产生的热应力较高，因此极易发生开裂。另外，耐磨层所用沉积材料的硬度高、脆性大以及高温合金材料的裂纹敏感性较高，这些因素均加剧了高温合金涡轮叶冠工件的表面激光沉积耐磨层的开裂，严重影响耐磨层的表面质量与力学性能。
[0003]现有技术中，针对涡轮叶冠工件的表面激光沉积耐磨层的开裂问题，通过在沉积前对涡轮叶冠的待加工工件进行预热可有效降低耐磨层开裂的可能性。传统进行预热的方式主要利用电热板、真空炉等装置对基体进行加热，但其存在以下无法克服的缺点：现有预热方式无法实现对涡轮叶冠工件或耐磨层待沉积表面的同步预热，且在沉积加工的过程中难以始终保持初始预热温度，也无法对涡轮叶冠工件和耐磨层待沉积表面进行实时监测预热温度。
[0004]为解决上述不足，有必要研究一种涡轮叶冠耐磨层的激光预热与激光沉积的同步方法与装置。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的是提供一种涡轮叶冠耐磨层的激光预热与激光沉积的同步方法与装置，解决了现有预热方式无法实现对涡轮叶冠工件或耐磨层待沉积表面的同步预热，且在沉积加工的过程中难以始终保持初始预热温度，也无法对涡轮叶冠工件和耐磨层待沉积表面进行实时监测预热温度的技术问题。
[0006]本专利技术第一方面提供了一种涡轮叶冠耐磨层的激光预热与激光沉积的同步方法，预处理步骤：对涡轮叶冠工件和耐磨层材料进行预处理，调整红外线成像仪的工作角度，并通过万向联轴器调整激光预热工作头；扫描路径规划步骤：启动三轴联动数控机床控制系统规划激光沉积工作头和激光预热工作头的扫描路径；参数确定步骤：根据涡轮叶冠工件和耐磨层材料的性质，确定激光沉积工作头和激光预热工作头的工艺参数；同步步骤：根据扫描路径和工艺参数，使激光预热工作头与激光沉积工作头按照扫描路径同步移动，且同步射出激光束；沉积步骤：通过PLC控制器的控制，在工件表面沉积阶段，控制涡轮叶冠工件的温度提升至第一目标预热温度；在耐磨层待沉积表面沉积阶段，控制耐磨层待沉积表面的温度提升至第二目标预热温度，进而得到涡轮叶冠工件耐磨层；控制步骤：通过红外热成
像仪实时监测涡轮叶冠工件的预热温度和耐磨层待沉积表面的预热温度，并通过PLC控制器控制涡轮叶冠工件的预热温度处于第一目标预热温度，且控制耐磨层待沉积表面的预热温度处于第二目标预热温度。
[0007]可选择的，在参数确定步骤中，根据耐磨层材料的性质，通过PLC控制器确定激光沉积工作头的工艺参数，并根据涡轮叶冠工件的动态再结晶温度得到第一目标预热温度，根据耐磨层材料的动态再结晶温度得到第二目标预热温度，进而根据第一目标预热温度和第二目标预热温度确定激光预热工作头的工艺参数。
[0008]可选择的，在参数确定步骤中，PLC控制器内设置有能量密度与温度的联立模型，通过能量密度与温度的联立模型计算得到激光沉积工作头的工艺参数和激光预热工作头的工艺参数，其中，能量密度与温度的联立模型为：α（P/VDh）=C
p
dΔT其中，α为涡轮叶冠工件或耐磨层材料的激光吸收率，P为激光功率，V为扫描速度，D为光斑直径，h为沉积层厚度，C
p
为涡轮叶冠工件或耐磨层材料的比热容，d为涡轮叶冠工件或耐磨层材料的密度，ΔT为涡轮叶冠工件或耐磨层材料从初始温度与动态再结晶温度间的温差。
[0009]可选择的，在同步步骤中，利用三轴联动数控机床与激光发生器，使激光预热工作头与激光沉积工作头按照扫描路径同步移动，并使激光沉积工作头射出光斑直径为d1的激光束，激光预热工作头射出光斑直径为的激光束，其中，光斑直径小于光斑直径d1。
[0010]可选择的，在控制步骤中，若涡轮叶冠工件的预热温度低于第一目标预热温度，耐磨层待沉积表面的预热温度低于第二目标预热温度值范围时，PLC控制器则传递升温信号，或，若涡轮叶冠工件的预热温度高于第一目标预热温度，耐磨层待沉积表面的预热温度高于第二目标预热温度值范围时，PLC控制器则传递缓冷信号，或，若涡轮叶冠工件的预热温度处于第一目标预热温度值范围内，耐磨层待沉积表面的预热温度在第二目标预热温度值范围时， PLC控制器则传递控制信号，继续重复控制步骤。
[0011]本专利技术的第二个方面提供了一种涡轮叶冠耐磨层的激光预热与激光沉积的同步装置，包括：三轴联动数控机床，包括床体；机械臂，设置于床体的侧面，并与床体相连接；固定盘，设置于机械臂的端部，并与机械臂相连接；中心孔，贯穿地设置于固定盘；万向联轴器，设置于固定盘远离机械臂的端部，并述固定盘相连接；激光预热工作头，设置于万向联轴器的下端，并与万向联轴器相连接；激光沉积工作头，通过中心孔穿设于固定盘，并与固定盘相连接。
[0012]可选择的，激光发生器，设置于床体的第一侧面，并与激光沉积工作头、激光预热工作头均相连接。
[0013]可选择的，工作台，设置于床体的上端面，并与床体相连接；红外热成像仪，设置于工作台的上端面，并与工作台相连接；PLC控制器，设置于床体的侧面，并与红外热成像仪相连接。
[0014]可选择的，环形滑轨，设置于工作台的上端面，并与工作台相连接；电机滑轮车，设置于环形滑轨上，并与环形滑轨滑动连接；送气口，设置于电机滑轮车靠近所述固定盘的侧
面，并与电机滑轮车相连接。
[0015]可选择的，送粉器与氩气瓶集成装置，设置于床体的第二侧面，并与激光沉积工作头相连接。
[0016]本专利技术提供的一种涡轮叶冠耐磨层的激光预热与激光沉积的同步方法与装置，使涡轮叶冠工件的激光预热与激光沉积同步进行，同时保证了在工件表面沉积阶段，涡轮叶冠工件的预热温度处于第一目标温度范围内，且保证了在耐磨层待沉积表面沉积阶段，耐磨层待沉积表面的预热温度低于第二目标预热温度值范围，实现了涡轮叶冠工件与耐磨层待沉积表面的同步预热，且随着沉积加工的继续，能始终保持预热温度，且实现了预热温度的实时在线监测，进而有效防止涡轮叶冠耐磨层的开裂。
附图说明
[0017]通过参考附图阅读下文的详细描述，本专利技术示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本专利技术的若干实施方式，相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：图1为本专利技术的涡轮叶冠耐磨层的激光预热与激光沉积的同步方法的操作流程示意图；图2为本专利技术的涡轮叶冠耐磨层的激光预热与激光本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种涡轮叶冠耐磨层的激光预热与激光沉积的同步方法，其特征在于，包括：预处理步骤：对涡轮叶冠工件和耐磨层材料进行预处理，调整红外线成像仪的工作角度，并通过万向联轴器调整激光预热工作头；扫描路径规划步骤：通过三轴联动数控机床规划激光沉积工作头和激光预热工作头的扫描路径；参数确定步骤：根据涡轮叶冠工件和耐磨层材料的性质，通过PLC控制器确定激光沉积工作头和激光预热工作头的工艺参数；同步步骤：根据扫描路径和工艺参数，使激光预热工作头与激光沉积工作头按照扫描路径同步移动，且同步射出激光束；沉积步骤：通过PLC控制器，在工件表面沉积阶段，控制涡轮叶冠工件的温度提升至第一目标预热温度；在耐磨层待沉积表面沉积阶段，控制耐磨层待沉积表面的温度提升至第二目标预热温度，进而得到涡轮叶冠工件耐磨层；控制步骤：通过红外热成像仪实时监测涡轮叶冠工件的预热温度和耐磨层待沉积表面的预热温度，并通过PLC控制器控制涡轮叶冠工件的预热温度处于第一目标预热温度，且控制耐磨层待沉积表面的预热温度处于第二目标预热温度。2.根据权利要求1所述的涡轮叶冠耐磨层的激光预热与激光沉积的同步方法，其特征在于：在参数确定步骤中，根据耐磨层材料的性质，通过PLC控制器确定激光沉积工作头的工艺参数，并根据涡轮叶冠工件的动态再结晶温度得到第一目标预热温度，根据耐磨层材料的动态再结晶温度得到第二目标预热温度，进而根据第一目标预热温度和第二目标预热温度确定激光预热工作头的工艺参数。3.根据权利要求2所述的涡轮叶冠耐磨层的激光预热与激光沉积的同步方法，其特征在于：在参数确定步骤中，PLC控制器内设置有能量密度与温度的联立模型，通过能量密度与温度的联立模型计算得到激光沉积工作头的工艺参数和激光预热工作头的工艺参数，其中，能量密度与温度的联立模型为：α（P/VDh）=C
p
dΔT其中，α为涡轮叶冠工件或耐磨层材料的激光吸收率，P为激光功率，V为扫描速度，D为光斑直径，h为沉积层厚度，C
p
为涡轮叶冠工件或耐磨层材料的比热容，d为涡轮叶冠工件或耐磨层材料的密度，ΔT为涡轮叶冠工件或耐磨层材料从初始温度与动态再结晶温度间的温差。4.根据权利要求2所述的涡轮叶冠耐磨层的激光预热与激光沉积的同步方法，其特征在于：在同步步骤中，利用三轴联动数控机床与激光发生器，使激光预热工作头与激光沉积工作头按照扫描路径同步移动，并...
【专利技术属性】
技术研发人员：卞宏友，张广泰，刘伟军，张凯，邢飞，徐效文，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：
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