本發(fā)明涉及激光加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種自適應(yīng)變?nèi)鄢丶す庠霾闹圃旃に嚒?/p>

背景技術(shù)：

激光增材制造技術(shù)是一種融合了快速原型技術(shù)(rp技術(shù))與激光熔覆技術(shù)的先進(jìn)制造技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜零件的直接成形，具有加工柔性好、周期短和市場響應(yīng)快的特點(diǎn)，在航空航天、汽車、醫(yī)療和石化行業(yè)具有重要的應(yīng)用前景。

目前，對(duì)于一些變厚度的薄壁件如航空發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪葉片，采用激光增材制造方法時(shí)，每一層輪廓均根據(jù)規(guī)劃的掃描路徑通過多道次搭接成形，再通過層層疊加而加工出具有一定高度的薄壁件。而掃描路徑的規(guī)劃直接影響熔覆件的成形效率和質(zhì)量，若掃描路徑規(guī)劃不合理，不僅會(huì)降低成形效率，而且會(huì)引起熔覆件內(nèi)部溫度場分布不均勻，產(chǎn)生熱應(yīng)力，降低熔覆件的力學(xué)性能。搭接率的大小直接影響成形表面宏觀平整程度。如果搭接率選擇不合理，將直接導(dǎo)致成形表面宏觀傾斜角度，一旦這種情況發(fā)生，成形表面的尺寸精度將難以保證，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致激光增材激光無法進(jìn)行。此外，多道次搭接會(huì)造成熔覆層冷卻不均勻，從而導(dǎo)致熔覆層開裂。

為了解決變厚度薄壁件激光增材制造過程中多道次搭接產(chǎn)生的冷卻不均勻和開裂問題，提高熔覆件的成形效率和成形質(zhì)量，目前已有學(xué)者提出變光斑方法。專利(cn201310174650.3)、(cn201510270345.3)和(cn201610253396.x)以及文獻(xiàn)(陸斌，朱剛賢，吳繼琸等.基于光內(nèi)送粉激光變斑直接成形薄壁葉片的工藝研究[j].中國激光，2015，(42)12:1203003-1-7；朱剛賢，石世宏，傅戈雁等.激光變斑熔覆不等寬熔道的工藝實(shí)現(xiàn)及實(shí)驗(yàn)研究[j].應(yīng)用激光，2015，32(1):25-28)均通過調(diào)整激光離焦量從而改變激光光斑的大小，以適應(yīng)零件厚度的變化，成形出變厚度零件。該方法在改變激光離焦量的同時(shí)，還需同時(shí)調(diào)整激光功率、送粉量、掃描速度和保護(hù)氣體流量等工藝參數(shù)。就送粉量而言，送粉器到激光熔覆頭的粉末傳輸距離至少超過5米，若想隨激光光斑尺寸的改變，實(shí)時(shí)增加或減少送粉量，將很難實(shí)現(xiàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：為了解決現(xiàn)有技術(shù)變厚度薄壁件激光增材制造過程中，需要通過調(diào)整激光離焦量從而改變激光光斑的大小，以適應(yīng)零件厚度的變化，成形出變厚度零件，而該方法在改變激光離焦量的同時(shí)，還需同時(shí)調(diào)整激光功率、送粉量、掃描速度和保護(hù)氣體流量等工藝參數(shù)，導(dǎo)致很難實(shí)現(xiàn)的問題，現(xiàn)提供一種自適應(yīng)變?nèi)鄢丶す庠霾闹圃旃に嚕摴に嚫鶕?jù)激光能量在光斑內(nèi)的分布規(guī)律，在光斑大小、掃描速度、送粉量和保護(hù)氣體流量一定的情況下，只需調(diào)整一個(gè)工藝參數(shù)—激光功率的大小，就可實(shí)時(shí)改變激光熔池的尺寸，以適應(yīng)薄壁件壁厚的改變。同時(shí)能夠避免多道次搭接產(chǎn)生的冷卻不均勻和開裂問題。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種自適應(yīng)變?nèi)鄢丶す庠霾闹圃旃に?，包括以下步驟：

a、進(jìn)行激光熔凝試驗(yàn)，調(diào)節(jié)激光功率，記錄不同激光功率時(shí)所對(duì)應(yīng)的熔池寬度，從而構(gòu)建出不同激光功率時(shí)對(duì)應(yīng)熔池大小的工藝數(shù)據(jù)庫；

b、用計(jì)算機(jī)三維軟件建立零件三維模型，再通過分層軟件對(duì)零件三維模型進(jìn)行分層處理，獲取零件每層平面輪廓加工信息，加工信息包含零件每層截面的中心線和輪廓曲線；

c、根據(jù)加工信息中的輪廓曲線，得出零件沿中心線不同加工位置處的內(nèi)切圓，取零件不同加工位置處的內(nèi)切圓直徑作為熔池的寬度，再按照步驟a中的工藝數(shù)據(jù)庫確定不同熔池大小時(shí)所對(duì)應(yīng)的激光功率的大小，實(shí)現(xiàn)只需實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)激光功率，即可直接成型出加工信息中的變寬度熔覆層；

d、每層熔覆層加工完成后，激光熔覆頭上升一個(gè)分層高度，在零件已成型的熔覆層上面按照步驟c再熔覆新的熔覆層，如此循環(huán)，逐層疊加至成型出一定高度的三維零件。

步驟a中的激光熔凝試驗(yàn)時(shí)，激光掃描速度、離焦量和保護(hù)氣體流量在一定條件下維持不變。

步驟c中通過調(diào)節(jié)激光發(fā)射器的輸出電壓，從而改變激光功率。

步驟a中的零件三維模型采用三維軟件ug、pro/e或solidworks構(gòu)建。

所述分層軟件采用lmdcam2。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明通過實(shí)時(shí)調(diào)整激光功率大小實(shí)現(xiàn)熔池大小的連續(xù)變化，以適應(yīng)薄壁件壁厚的改變，通過一次掃描而非多道次搭接直接成形出變寬度熔道，再通過逐層疊加成形出變厚度薄壁件，具有工藝參數(shù)變量少、響應(yīng)快和成形效率高的特點(diǎn)。本發(fā)明的具體優(yōu)點(diǎn)細(xì)化如下：

(1)本發(fā)明不同于變光斑法，變光斑法是多工藝參數(shù)(激光功率、送粉量、掃描速度和保護(hù)氣體流量等)的改變，本發(fā)明只需改變激光功率一個(gè)參數(shù)，而其它加工工藝參數(shù)均保持不變，變量少，易于實(shí)現(xiàn)；

(2)本發(fā)明只需根據(jù)薄壁件壁厚的變化，在其它工藝參數(shù)不變的情況下，通過改變激光功率，就可實(shí)時(shí)改變?nèi)鄢氐拇笮。瑥亩尚纬鲎兒穸缺”诩?。因此，便于?shí)時(shí)控制；

(3)本發(fā)明成形變厚度薄壁件時(shí)，避免了多道次搭接引起的冷卻不均勻和開裂等問題，提高了成形質(zhì)量和成形效率。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。

圖1是本發(fā)明中零件不同加工位置處的寬度與激光功率的換算示意圖；

圖2是實(shí)施例1獲得的渦輪葉片樣件示意圖；

圖中：零件的厚度表示零件沿中心線不同加工位置處的內(nèi)切圓直徑；

x表示沿水平方向上零件的不同加工位置。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成，方向和參照(例如，上、下、左、右、等等)可以僅用于幫助對(duì)附圖中的特征的描述。因此，并非在限制性意義上采用以下具體實(shí)施方式，并且僅僅由所附權(quán)利要求及其等同形式來限定所請(qǐng)求保護(hù)的主題的范圍。

一種自適應(yīng)變?nèi)鄢丶す庠霾闹圃旃に?，包括以下步驟：

a、進(jìn)行激光熔凝試驗(yàn)，調(diào)節(jié)激光功率，記錄不同激光功率時(shí)所對(duì)應(yīng)的熔池寬度，從而構(gòu)建出不同激光功率時(shí)對(duì)應(yīng)熔池大小的工藝數(shù)據(jù)庫；

b、用計(jì)算機(jī)三維軟件建立零件三維模型，再通過分層軟件lmdcam2對(duì)零件三維模型進(jìn)行分層處理，獲取零件每層平面輪廓加工信息，加工信息包含零件每層截面的中心線和輪廓曲線；

c、根據(jù)加工信息中的輪廓曲線，得出零件沿中心線不同加工位置處的內(nèi)切圓，其中內(nèi)切圓指的是輪廓曲線的內(nèi)切圓，取零件不同加工位置處的內(nèi)切圓直徑作為熔池的寬度，再按照步驟a中的工藝數(shù)據(jù)庫確定不同熔池大小時(shí)所對(duì)應(yīng)的激光功率的大小，實(shí)現(xiàn)只需實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)激光功率，即可直接成型出加工信息中的變寬度熔覆層；

d、每層熔覆層加工完成后，激光熔覆頭上升一個(gè)分層高度，在零件已成型的熔覆層上面按照步驟c再熔覆新的熔覆層，如此循環(huán)，逐層疊加至成型出一定高度的三維零件。

步驟a中的激光熔凝試驗(yàn)時(shí)，激光掃描速度、離焦量和保護(hù)氣體流量在一定條件下維持不變，在此過程中不送粉。

步驟c中通過調(diào)節(jié)激光發(fā)射器的輸出電壓，從而改變激光功率。

步驟a中的零件三維模型采用三維軟件ug、pro/e或solidworks構(gòu)建，三維軟件建立零件的三維模型后輸出stl格式文件，并由分層軟件lmdcam2對(duì)該stl格式文件的零件三維模型進(jìn)行分層處理。

實(shí)施例1

以高溫合金gh150渦輪葉片激光增材制造為例，進(jìn)行自適應(yīng)變?nèi)鄢丶す庠霾闹圃旃に嚪桨刚f明：

當(dāng)激光熔凝試驗(yàn)時(shí)，采用的工藝參數(shù)為：掃描速度為4mm/s，離焦量為5mm，光斑直徑為3mm，氬氣流量為11l/min時(shí)，通過改變激光功率大小，建立高溫合金gh150激光功率與熔池大小的工藝數(shù)據(jù)庫；

激光熔覆粉為高溫合金gh150球形粉，粒度為75-150μm，熔覆前須對(duì)高溫合金gh150球形粉在120℃左右真空條件下進(jìn)行烘干處理，以去除粉末中吸附的水分；

ldm8060激光加工系統(tǒng)由yls-6000光纖激光器、twinpf2/2-mf送粉系統(tǒng)、三軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控工作臺(tái)、側(cè)向送粉噴嘴及氬氣保護(hù)箱等組成，每層熔覆層厚度為0.3mm，逐層堆積，激光熔覆工藝參數(shù)為：掃描速度為4mm/s，離焦量為5mm，光斑直徑為3mm，氬氣流量為11l/min，經(jīng)過上述制造工藝獲得的渦輪葉片樣件如圖2所示。

上述依據(jù)本發(fā)明的理想實(shí)施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項(xiàng)發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項(xiàng)發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。