激光熔覆技術(shù)利用高能激光束使金屬材料熔化，并與基材冶金結(jié)合形成耐腐蝕、耐磨損、硬度高且力學(xué)性能優(yōu)良的熔覆層，可修復(fù)零件破損面并延長零件使用壽命，廣泛用于零件表面強化。
對于等截面零件一般采用平行切片法生成熔覆掃描路徑;然而，對于空間自由曲面的激光熔覆，由于三維曲面的不可展特點與梯度變化，平行切片法將導(dǎo)致熔覆層各熔道間距不等。疏密不均的熔道會造成熔覆層隆起或凹陷，厚薄不均，嚴重影響熔覆表面質(zhì)量。
針對上述問題，蘇州大學(xué)激光制造技術(shù)研究所石拓副研究員團隊基于點云提出了一種等搭接率熔覆路徑規(guī)劃算法，在自由曲面上獲得了平整均勻的熔道，并保證了加工過程中熔覆噴頭始終垂直于加工表面，實現(xiàn)了自由曲面的激光均勻熔覆。
為了驗證該算法的合理性，課題組對半球封頭進行了激光熔覆強化。以半球的球心為原點，在相鄰熔道上任取兩點P1、P2.圖1(a)表示沿x方向采用等距切片法后，P1.P2兩點的距離;圖1(b)表示采用本文算法后的兩點間距。由圖可知，采用等距切片法進行熔覆時，相鄰熔道的間距有較大的差異;而采用本文算法后，相鄰熔道的間距相等。
圖1 兩種方法間距比較。(a) 等距切片法相鄰熔道間距;(b) 本算法相鄰熔道間距
熔覆過程中計算每一加工點的法向矢量，并變換機器人姿態(tài)以保持熔覆噴頭始終垂直加工表面，熔覆過程及熔覆層表面如圖2所示。
圖2 激光熔覆過程及熔覆層實物圖
選取100個不同位置測量熔覆層厚度，如圖3所示。平均熔覆厚度為0.434 mm，標準差為0.032 mm。熔覆層波紋度較小，熔覆層整體熔覆厚度均勻，無明顯道間隆起或凹陷等缺陷，表面形貌較好。
圖3 熔覆層厚度
熔覆層熔道的間距如圖4所示，熔道間距在(1.6 ± 0.2) mm之間波動，范圍較小，表明本方法很好地保證了熔道間距相等，即實現(xiàn)了熔道等搭接率。
圖4 相鄰熔道間距
實驗數(shù)據(jù)表明，等間距軌跡規(guī)劃法結(jié)合熔覆噴頭姿態(tài)的調(diào)整，可實現(xiàn)自由曲面的激光均勻熔覆，可用以完成各種空間曲面零件的激光熔覆強化。
參考文獻： 中國光學(xué)期刊網(wǎng)
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