1.一种齿轮齿面疲劳裂纹的激光熔覆修复设备的修复工艺,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(14)的曲率,当所述控制系统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,第一波长激光束(3)入射于疲劳裂纹直线段;
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)经过镀有膜层的多功能镜片(5)后分光成完全相同的一分光激光束(8)和另一分光激光束(9),一分光激光束(8)和另一分光激光束(9)的激光功率为1500‑1700W,所述一分光激光束(8)和所述另一分光激光束(9)入射于所述疲劳裂纹(14)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(14)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;
该修复工艺使用的激光修复设备包括:
激光发射器(1)、控制系统(2),激光发射器(1)发射第一波长激光束(3)和第二波长激光束(4),所述控制系统(2)控制激光发射器(1)中所述第一波长激光束(3)、所述第二波长激光束(4)的独立开关;所述第一波长激光束(3)和所述第二波长激光束(4)的光路上设置有多功能镜片(5),所述多功能镜片(5)表面镀有膜层(6),所述第一波长激光束(3)透过所述多功能镜片(5)后垂直向下出射,所述第二波长激光束(4)经过所述多功能镜片(5)后分光成完全相同的两分光激光束,一分光激光束(8)透过多功能镜片(5)垂直向下出射,另一分光激光束(9)经过反射镜(7)后垂直向下出射,所述一分光激光束(8)和所述另一分光激光束(9)沿所述疲劳裂纹(14)长度方向前后排列分布;还包括倾斜设置的送粉通道(10),送粉通道(10)与竖直方向呈夹角α,送粉通道(10)为气动式送粉。
2.根据权利要求1所述的修复工艺,其特征在于:该修复工艺使用的激光修复设备还包括:垂直出射的所述第一波长激光束(3)、所述一分光激光束(8)、所述另一分光激光束(9)的下方分别独立设置有第一线性光整形单元(11)、第二线性光整形单元(12)、第三线性光整形单元(13),第一线性光整形单元(11)、第二线性光整形单元(12)、第三线性光整形单元(13)均连接至位移驱动系统,位移驱动系统与所述控制系统(2)相连,位移驱动控制系统用于控制第一线性光整形单元(11)、第二线性光整形单元(12)、第三线性光整形单元(13)的水平移动。
3.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)为光纤激光器,齿轮材质为45号碳素结构钢,熔覆层合金粉末的材料包括C、Cr、B、Si、Ni、Fe,其中Fe的含量不少于
80%。
4.根据权利要求1或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,夹角α为30°‑60°;
步骤2)中,激光离焦量为0至‑100mm,激光扫描速率为240‑480mm/min,送粉速率为24‑
40g/min,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(11)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(12)、第三线性光整形单元(13)水平移出光路;
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,分光后的所述一分光激光束(8)与所述另一分光激光束(9)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(11)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(12)、第三线性光整形单元(13)水平移入光路;
所述步骤1)、步骤3)中第一波长激光(3)入射于疲劳裂纹的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(8)经第二线性光整形单元(12)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(9)经第三线性光整形单元(13)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(11)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(12)、第三线性光整形单元(13)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(11)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(8)经第二线性光整形单元(12)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(9)经第三线性光整形单元(13)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。