自由曲面的激光均勻熔覆

　　激光熔覆技術利用高能激光束使金屬材料熔化，并與基材冶金結合形成耐腐蝕、耐磨損、硬度高且力學性能優良的熔覆層，可修復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量。

　　針對上述問題，蘇州大學激光制造技術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，即實現了熔道等搭接率。

　　圖4 相鄰熔道間距

　　實驗數據表明，等間距軌跡規劃法結合熔覆噴頭姿態的調整，可實現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： 中國光學期刊網 

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