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专利号: 2022115407091
申请人: 苏州科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 对金属材料的镀覆;用金属材料对材料的镀覆;表面化学处理;金属材料的扩散处理;真空蒸发法、溅射法、离子注入法或化学气相沉积法的一般镀覆;金属材料腐蚀或积垢的一般抑制〔2〕
更新日期:2026-04-02
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摘要:

权利要求书:

1.一种齿轮齿面疲劳裂纹的激光熔覆修复工艺,激光熔覆修复工艺采用单层多道焊,其特征在于:所述疲劳裂纹呈直线段和曲线段,该修复工艺包括如下步骤:步骤1),控制系统(2)获取待修复的齿轮齿面疲劳裂纹的曲率,当所述控制系统(2)检测到所述疲劳裂纹的当前形状为直线段时,激光发射器(1)发射第一波长激光束(3),激光功率为1800-2100W,所述第一波长激光束(3)入射于所述疲劳裂纹(11)直线段;

步骤2),控制系统(2)实时检测疲劳裂纹的曲率,当所述控制系统(2)检测到疲劳裂纹的当前形状为曲线段时,基于数据库选择与当前曲线段的曲率相匹配的激光加工工艺,激光发射器(1)关闭第一波长激光束(3)且发射第二波长激光束(4),第二波长激光束(4)经过分光镜分光成完全相同的一分光激光束(5)和另一分光激光束(6),所述一分光激光束(5)和所述另一分光激光束(6)的激光功率为1500-1700W,所述一分光激光束(5)和所述另一分光激光束(6)入射于所述疲劳裂纹(11)曲线段;

步骤3),当控制系统(2)检测到疲劳裂纹的当前形状恢复为直线段时,激光发射器(1)关闭第二波长激光束(4)且发射第一波长激光束(3),激光功率为1800-2100W,第一波长激光束(3)入射于所述疲劳裂纹(11)直线段;

其中,步骤2)中的所述数据库通过预先离线建模,实现焊接工艺数据的集成,疲劳裂纹的不同曲率对应不同的激光功率、激光光斑、激光扫描速率和送粉速率。

2.根据权利要求1所述的修复工艺,其特征在于:激光发射器(1)为可开关式多波长光纤激光器,齿轮材质为45号碳素结构钢,送粉通道(10)内的熔覆层合金粉末包括成分C、Cr、B、Si、Ni、Fe,其中Fe的重量比不少于80%。

3.根据权利要求2所述的修复工艺,其特征在于:第一波长激光束(3)为1064nm,第二波长激光束(4)为1050nm。

4.根据权利要求3所述的修复工艺,其特征在于:所述步骤1)、步骤3)中,激光离焦量为0至-20mm,激光扫描速率为300-600mm/min,送粉速率为30-50g/min,所述送粉通道(10)与竖直方向的夹角α为30°-60°;

步骤2)中,激光离焦量为0至-20mm,激光扫描速率为240-480mm/min,送粉速率为24-40g/min,所述夹角α为30°-60°。

5.根据权利要求4所述的修复工艺,其特征在于:步骤1)、步骤3)中,在激光发射器(1)发射第一波长激光束(3)之前,控制系统(2)控制第一线性光整形单元(7)水平移出光路;

步骤2)中,在激光发射器(1)发射第二波长激光束(4)之前,控制系统(2)控制第二线性光整形单元(8)、第三线性光整形单元(9)水平移出光路;

所述步骤1)、步骤3)中第一波长激光束(3)入射于疲劳裂纹直线段上的光斑为高斯型激光光斑A,所述激光光斑A为圆形,直径为2-3mm;所述步骤2)中第二波长激光束(4)为高斯型激光束,分光后的所述一分光激光束(5)与所述另一分光激光束(6)入射于疲劳裂纹曲线段上的光斑为高斯型激光光斑B,所述激光光斑B形状为圆形,直径为1.8-2.7mm。

6.根据权利要求4所述的修复工艺,其特征在于:步骤1)、步骤3)中,在激光发射器(1)发射第一波长激光束(3)之前,控制系统(2)控制第一线性光整形单元(7)水平移出光路;

步骤2)中,在激光发射器(1)发射第二波长激光束(4)之前,控制系统(2)控制第二线性光整形单元(8)、第三线性光整形单元(9)水平移入光路;

所述步骤1)、步骤3)中第一波长激光(3)入射于疲劳裂纹直线段上的光斑为高斯型激光光斑A,所述激光光斑A为圆形,直径为2-3mm;所述步骤2)中第二波长激光(4)为高斯型激光束,所述一分光激光束(5)经第二线性光整形单元(8)调制为入射于疲劳裂纹曲线段上的矩形光斑C,所述另一分光激光束(6)经第三线性光整形单元(9)也调制为入射于疲劳裂纹曲线段上的矩形光斑C,所述矩形光斑C在疲劳裂纹前进方向上的宽度为1-2mm,垂直于疲劳裂纹前进方向上的长度为1.8-2.7mm。

7.根据权利要求4所述的修复工艺,其特征在于:步骤1)、步骤3)中,在激光发射器(1)发射第一波长激光束(3)之前,控制系统(2)控制第一线性光整形单元(7)水平移入光路;

步骤2)中,在激光发射器(1)发射第二波长激光束(4)之前,控制系统(2)控制第二线性光整形单元(8)、第三线性光整形单元(9)水平移入光路;

所述步骤1)、步骤3)中第一波长激光束(3)为高斯型激光束,第一波长激光束(3)经第一线性光整形单元(7)调制为入射于疲劳裂纹直线段上的矩形光斑D,所述矩形光斑D在疲劳裂纹前进方向上的宽度为1-2mm,垂直于疲劳裂纹前进方向上的长度为2-3mm;所述步骤2)中第二波长激光束(4)为高斯型激光束,所述一分光激光束(5)经第二线性光整形单元(8)调制为入射于疲劳裂纹曲线段上的矩形光斑C,所述另一分光激光束(6)经第三线性光整形单元(9)也调制为入射于疲劳裂纹曲线段上的矩形光斑C,所述矩形光斑C在疲劳裂纹前进方向上的宽度为1-2mm,垂直于疲劳裂纹前进方向上的长度为1.8-2.7mm。