一种基于光外同轴送粉的变宽度薄壁件激光熔覆成形方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110834094A(43)申请公布日2020.02.25(21)申请号201911009078.9(22)申请日2019.10.23(71)申请人东北大学地址110819辽宁省沈阳市和平区文化路3号巷11号(72)发明人张海权朱立达薛棚升王玉莲黄绪杰刘阔(74)专利代理机构沈阳东大知识产权代理有限公司21109代理人梁焱(51)Int.Cl.B22F3/105(2006.01)B33Y10/00(2015.01)B33Y50/00(2015.01)权利要求书2页说明书5页附图4页(54)发明名称一种基于光外同轴送粉的变宽度薄壁件激光熔覆成形方法(57)摘要本发明涉及激光熔覆成形技术领域，提供一种基于光外同轴送粉的变宽度薄壁件激光熔覆成形方法。步骤1：建立待成形变宽度薄壁件的三维模型，对模型进行分层，获取轮廓层面信息；步骤2：计算当前层搭接的熔道数及不同宽度处的搭接率；步骤3：计算当前层不同宽度处的扫描速度；步骤4：根据当前层计算的熔道数、不同宽度处的搭接率及扫描速度，利用光外同轴送粉熔覆头进行当前层的激光熔覆；步骤5：提升熔覆头单层的高度，进入下一层，重复步骤2至步骤4，进行下一层的熔覆；步骤6：重复步骤5，直至待成形变宽度薄壁件制造完成。本发明能够实现薄壁件宽度的变化及顶部的平整，提高变宽度薄壁件成形的效率和质量。CN110834094ACN110834094A权利要求书1/2页1.一种基于光外同轴送粉的变宽度薄壁件激光熔覆成形方法，其特征在于，包括下述步骤：步骤1：用计算机建立待成形变宽度薄壁件的三维模型，利用分层软件对三维模型进行分层处理，获取待成形变宽度薄壁件的轮廓层面信息；步骤2：根据待成形变宽度薄壁件当前层的最大宽度wmax和激光光斑直径d，计算当前层搭接的熔道数n为其中，为向上取整运算符，0＜n≤6；计算当前层不同宽度w处的搭接率η(w)为步骤3：设定搭接率为0处的扫描速度为vmin，并计算不同宽度w处的扫描速度v(w)：计算宽端即搭接率为0处熔覆层的高度为Hw＝VZmaxtwin其中，VZmax为第1道熔道粉末与激光束相互作用区域材料上表面的Z向最大速度，twin为搭接率为0处熔道粉末与激光束的相互作用时间，twin＝2r/vmin，r为激光光斑半径；计算窄端即搭接率为1处熔覆层的高度为其中，Vi为第i道熔道粉末与激光束相互作用区域材料上表面的Z向最大速度，Vi＝(ηi/η1)VZmax，ηi为第i道熔道的粉末利用率，ηi＝(7-i)η1/6；tnin为搭接率为1处熔道粉末与激光束的相互作用时间，tnin＝2r/vmax，vmax为搭接率为1处的扫描速度；得到保证搭接率为0处和搭接率为1处熔覆层的高度一致，从而保证整个熔覆层高度一致，即Hw＝Hn得到设定扫描速度随搭接率的变化线性变化，得到不同宽度w处的扫描速度为步骤4：根据当前层计算的熔道数n、不同宽度w处的搭接率η(w)及扫描速度v(w)，利用光外同轴送粉熔覆头进行当前层的激光熔覆；步骤5：提升熔覆头单层的高度，进入下一层，重复步骤2至步骤4，进行下一层的熔覆；步骤6：重复步骤5，直至待成形变宽度薄壁件制造完成。2CN110834094A权利要求书2/2页2.根据权利要求1所述的基于光外同轴送粉的变宽度薄壁件激光熔覆成形方法，其特征在于，所述步骤4中，相邻两层进行反向扫描。3.根据权利要求1所述的基于光外同轴送粉的变宽度薄壁件激光熔覆成形方法，其特征在于，第1道熔道粉末与激光束相互作用区域材料上表面的Z向最大速度VZmax为其中，η1为第1道熔道的粉末利用率，为送粉速率，ρ为粉末的密度。3CN110834094A说明书1/5页一种基于光外同轴送粉的变宽度薄壁件激光熔覆成形方法技术领域[0001]本发明涉及激光熔覆成形技术领域，特别是涉及一种基于光外同轴送粉的变宽度薄壁件激光熔覆成形方法。背景技术[0002]激光熔覆成形技术，是由激光熔覆与快速成形相结合而形成的技术，其通过使用激光将预置或同步供给的金属粉末熔化，实现材料的添加，最终实现三维实体零件的成形。激光熔覆成形过程受多个参数综合影响，主要工艺参数有激光功率、扫描速度、送粉速率、光斑直径、保护气流量等。这些参数的不同组合可能会对熔覆层几何形状和机械性能产生不同的影响。[0003]变宽度薄壁大型零件已广泛应用于航空航天等高技术领域。这种零件具有工艺复杂、宽度小、结构复杂等特点。这些特点使传统的制造技术面临巨大挑战。激光熔覆成形技术作为一种最有前途的增材制造技术，可以直接制造出具有优良力学性能的三维金属构件，在航空航天、汽车、船舶和武器装备等领域有着广阔的应用前景。[0004]目前，变宽度薄壁零件在工艺上主要采用两种方法制造。一种