阅读说明：本技术 一种异种金属增材制造界面质量调节反馈系统及方法 (Dissimilar metal additive manufacturing interface quality regulation feedback system and method ) 是由 李辉 刘胜 申胜男 周剑涛 于 2020-10-30 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种异种金属增材制造界面质量调节反馈系统,工作台作为进行增材制造的台面；缺陷检测模块检测增材制造后异种金属材料界面的缺陷位置；激光重熔模块对工作台上异种金属材料界面的缺陷位置进行激光重熔；激光冲击模块对激光重熔后的位置进行激光冲击；滚压机构对激光冲击后的位置进行滚压；主控单元根据缺陷检测模块得到的缺陷位置,控制激光重熔模块、激光冲击模块和滚压机构进行对应的操作。本发明检测到异种金属连接层间裂纹缺陷、气孔缺陷、脱层缺陷以及表面粘附缺陷后,依次进行重熔、激光冲击和滚压处理,最终达到改善界面质量的目的。(The invention provides a quality regulation feedback system for a dissimilar metal additive manufacturing interface, wherein a workbench is used as a table top for additive manufacturing; the defect detection module detects the defect position of the dissimilar metal material interface after additive manufacturing; the laser remelting module performs laser remelting on the defect position of the dissimilar metal material interface on the workbench; the laser impact module performs laser impact on the position subjected to laser remelting; the rolling mechanism rolls the position impacted by the laser; and the main control unit controls the laser remelting module, the laser impact module and the rolling mechanism to perform corresponding operations according to the defect position obtained by the defect detection module. After detecting the crack defect, the air hole defect, the delamination defect and the surface adhesion defect between the dissimilar metal connecting layers, the invention carries out remelting, laser shock and rolling treatment in sequence, and finally achieves the purpose of improving the interface quality.)

一种异种金属增材制造界面质量调节反馈系统及方法

技术领域

本发明属于金属增材制造领域，具体涉及一种异种金属增材制造界面质量调节反馈系统及方法。

背景技术

金属增材制造是一种利用高能激光束直接熔化金属粉末，逐层堆积，最终形成具有致密组织的金属零件的方法。金属增材制造技术节省出制造成本低、研制周期短、生产效率高。同时在航空设备中，一个零件的不同部位需要不同的材料，以此来满足一些特殊工况。因此，近些年来，异种金属增材制造技术逐渐成为一个趋势。

然而，由于异种金属之间的物理性能具有明显差异，因此在增材制造过程中不可避免地在异种材料连接层之间存在一些缺陷，如界面裂纹、孔洞缺陷、脱层等。在制造过程中，由于异种材料结合困难，因此在结合界面处可能会出现应力集中，这大大增加了异种金属增材制造零件的失效风险。而目前对异种金属增材制造尚没有成熟的监控机制，在制造过程中无法通过调控参数，来改善零件质量，同时，当异种金属连接层存在制造微观缺陷时，无法及时去除，进而演化成宏观缺陷。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种异种金属增材制造界面质量调节反馈系统及方法，能够改善界面质量。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种异种金属增材制造界面质量调节反馈系统，本系统包括：

工作台，作为进行增材制造的台面；

缺陷检测模块，用于检测增材制造后异种金属材料界面的缺陷位置；

激光重熔模块，用于对工作台上异种金属材料界面的缺陷位置进行激光重熔；

激光冲击模块，用于对激光重熔后的位置进行激光冲击；

滚压机构，用于对激光冲击后的位置进行滚压；

主控单元，用于根据缺陷检测模块得到的缺陷位置，控制激光重熔模块、激光冲击模块和滚压机构进行对应的操作。

按上述方案，所述的工作台为可翻转工作台。

按上述方案，所述的可翻转工作台包括工作台、用于夹紧工作台与增材制造后的异种金属材料层的夹具、以及与夹具连接的固定杆，固定杆连接有翻转机构，翻转机构由所述的主控单元控制，主控单元根据缺陷检测模块得到的缺陷位置，结合翻转机构的翻转角度，计算激光重熔模块的重熔轨迹，并依次控制激光冲击模块和滚压机构。

按上述方案，所述的缺陷检测模块为激光超声检测模块，包括激光超声检测激光器、振动传感器和激光超声检测处理器；激光超声检测激光器发出检测所用的激光照射在异种金属材料界面上产生振动，由振动传感器检测到并传递给激光超声检测处理器，激光超声检测处理器根据检测到的振动幅度确定缺陷位置。

按上述方案，所述的激光重熔模块包括激光重熔激光器和激光重熔处理器；激光重熔处理器接收主控单元发送的缺陷位置和重熔参数，用于控制激光重熔激光器的重熔轨迹。

按上述方案，所述的激光重熔激光器和激光重熔处理器，与增材制造用的激光器和处理器为同一个。

按上述方案，所述的激光冲击模块包括激光冲击激光器和激光冲击处理器；激光冲击处理器接收主控单元发送的重熔后需要激光冲击的位置和激光冲击参数，用于控制激光冲击激光器的冲击轨迹。

按上述方案，所述的滚压机构包括：

滚压轮，用于滚压所述的异种金属材料界面；

操纵机构，与滚压轮连接，用于在主控单元的控制下控制滚压轮的滚压轨迹；

变幅杆，设置在操纵机构的两端，用于调整滚压压力。

按上述方案，所述的缺陷检测模块、激光重熔模块、激光冲击模块和滚压机构均通过数据采集卡与所述的主控单元连接。

利用所述的异种金属增材制造界面质量调节反馈系统实现的质量调节方法，本方法包括以下步骤：

S1、检测增材制造后异种金属材料界面的缺陷位置；

S2、对工作台上异种金属材料界面的缺陷位置进行激光重熔，以减少界面缺陷，改善界面致密度；

S3、对激光重熔后的位置进行激光冲击，以改善界面残余应力，提高界面组织晶粒度；

S4、对激光冲击后的位置进行滚压，以平整界面，改善界面表面粗糙度。

本发明的有益效果为：检测到异种金属连接层间裂纹缺陷、气孔缺陷、脱层缺陷以及表面粘附缺陷后，依次进行重熔、激光冲击和滚压处理，通过重熔减少表面缺陷，通过激光冲击改善制造及重熔带来的表面残余应力，最后针对界面进行滚压，以平整激光冲击表面，最终达到改善界面质量的目的。

附图说明

图1为本发明一实施例的系统结构示意图。

图2为工作台翻转机构示意图。

图3为激光重熔示意图，其中：(a)为重熔前；(b)为重熔后。

图4为激光冲击示意图，其中：(a)为冲击前；(b)为冲击后。

图5为滚压示意图，其中：(a)为滚压前；(b)为滚压后。

图6 为滚压机构示意图。

图中：1-工作台，2-不锈钢层，3-铜合金层，4-激光重熔激光器，5-增材制造送粉器，6-激光超声检测激光器，7-激光超声检测处理器，8-激光重熔处理器，9-滚压处理器，10-数据采集卡，11-主控单元，12-激光冲击处理器，13-激光冲击激光器，14-滚压机构，15-夹具，16-固定杆，17-异种金属材料界面，18-熔池，19-近界面气孔缺陷，20-近界面裂纹缺陷，21-激光重熔表面，22-残余拉应力，23-粗糙表面，24-残余压应力，14-1-滚压轮，14-2-操纵机构，14-3-变幅杆。

具体实施方式

下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。

如图1所示，本发明提供一种异种金属增材制造界面质量调节反馈系统，本系统包括：

工作台1，作为进行增材制造的台面。

缺陷检测模块，用于检测增材制造后异种金属材料界面的缺陷位置。所述的缺陷检测模块为激光超声检测模块，包括激光超声检测激光器6、振动传感器和激光超声检测处理器7；激光超声检测激光器6发出检测所用的激光照射在异种金属材料界面17上产生振动，由振动传感器检测到并传递给激光超声检测处理器7，激光超声检测处理器7根据检测到的振动幅度确定缺陷位置。

激光重熔模块，用于对工作台上异种金属材料界面的缺陷位置进行激光重熔。激光重熔模块包括激光重熔激光器4和激光重熔处理器8；激光重熔处理器8接收主控单元11发送的缺陷位置和重熔参数，用于控制激光重熔激光器4的重熔轨迹。优选的，所述的激光重熔激光器4和激光重熔处理器8，与增材制造用的激光器和处理器为同一个。本装置还在距离工作台1一定高度的位置设置增材制造送粉器5，用于增材制造过程中送粉。如此，本装置即可用于增材制造，也可用于优化处理。

激光冲击模块，用于对激光重熔后的位置进行激光冲击。激光冲击模块包括激光冲击激光器13和激光冲击处理器12；激光冲击处理器12接收主控单元11发送的重熔后需要激光冲击的位置和激光冲击参数，用于控制激光冲击激光器13的冲击轨迹。

滚压机构14，用于对激光冲击后的位置进行滚压。如图6所示，所述的滚压机构14包括滚压轮14-1，用于滚压所述的异种金属材料界面17；操纵机构14-2，与滚压轮14-1连接，用于在主控单元11的控制下控制滚压轮14-1的滚压轨迹；变幅杆14-3，设置在操纵机构14-2的两端，用于调整滚压压力。

主控单元11，用于根据缺陷检测模块得到的缺陷位置，控制激光重熔模块、激光冲击模块和滚压机构进行对应的操作。

由于异种金属材料界面17的在几何空间不易于再加工，因此将工作台1设置为可翻转工作台，将加工界面翻转致其余模块需要的位置，便于加工。如图2所示，所述的可翻转工作台包括工作台1、用于夹紧工作台1与增材制造后的异种金属材料层的夹具15、以及与夹具15连接的固定杆16，固定杆16连接有翻转机构，翻转机构由主控单元控制，主控单元11根据缺陷检测模块得到的缺陷位置，结合翻转机构的翻转角度，计算激光重熔模块的重熔轨迹，并依次控制激光冲击模块和滚压机构14。

进一步的，所述的缺陷检测模块、激光重熔模块、激光冲击模块和滚压机构14均通过数据采集卡10与所述的主控单元11连接。本实施例中，数据采集卡采用PCIM-DAS16数据采集卡；主控单元11 为工控机，例如国普达GPD-6101工控机。

本发明以不锈钢和铜合金为例，利用所述的异种金属增材制造界面质量调节反馈系统实现的质量调节方法，具体的，本方法包括以下步骤：

S1、启动增材制造模块，在工作台1上制造一定高度的不锈钢层2，再在不锈钢层2表面铺铜合金粉末，制造一定高度的铜合金层2。

S1、检测增材制造后异种金属材料界面17的缺陷位置。本实施例开启激光超声检测激光器6，通过振动传感器检测不锈钢层2和铜合金层3的异种金属材料界面17是否有异常位移波，以此来判断异种金属材料界面17以及近界面处是否有缺陷存在。

S2、当检测到异常信号时，开启激光重熔激光器4，对工作台上异种金属材料界面17的缺陷位置进行激光重熔，以减少界面缺陷，改善界面致密度。如图3所示，重熔产生熔池18，重熔前的近界面气孔缺陷19和近界面裂纹缺陷20在重熔后得到了改善，得到激光重熔表面21。

S3、对激光重熔后的位置进行激光冲击，以改善界面残余应力，提高界面组织晶粒度。如图4所示，激光重熔后、激光冲击前异种金属材料界面增大了残余拉应力22，在激光冲击后，残余拉应力22转化为残余压应力24，可以避免再制造过程的开裂，但是留下了粗糙表面23。

S4、对激光冲击后的位置进行滚压，以平整界面，改善界面表面粗糙度。由于激光冲击增大了异种金属材料界面17的粗糙度，当冲击结束时，如图5所示，开启滚压机构进行滚压，降低粗糙度，改善表面质量。

本发明通过激光超声检测，检测异种金属连接层间裂纹缺陷、气孔缺陷、脱层缺陷以及表面粘附缺陷；主控单元11接收到缺陷检测信号时，重熔激光开启，针对缺陷所在位置进行重熔，减少表面缺陷。主控单元11接收到重熔结束信号时，冲击激光开启，针对界面进行冲击，以改善制造及重熔带来的表面残余应力。主控单元11接收到重熔结束信号时，冲击激光开启，针对界面进行冲击，以改善制造及重熔带来的表面残余应力。主控单元11接收到激光冲击结束信号时，针对界面进行超声滚压，以平整激光冲击表面，改善界面质量。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。