(19)国家知识产权局
(12)发明 专利申请
(10)申请公布号
(43)申请公布日
(21)申请 号 202210627132.1
(22)申请日 2022.06.06
(71)申请人 北京同方华 光系统工程有限公司
地址 102299 北京市昌平区科技园区双营
西路79号院32号楼5层
(72)发明人 王安敏 廖素英
(51)Int.Cl.
B23K 26/00(2014.01)
B23K 26/356(2014.01)
B23K 26/36(2014.01)
B23K 26/70(2014.01)
B08B 7/00(2006.01)
C23C 24/10(2006.01)
C21D 10/00(2006.01)
B22F 10/25(2021.01)
B22F 12/82(2021.01)B33Y 30/00(2015.01)
(54)发明名称
用于核构件的激光复合应用系统及方法
(57)摘要
本发明涉及一种用于核构件的激光复合应
用系统及方法, 所述系统包括激光清洗装置、 激
光熔覆装置、 表面处理装置、 激光冲击强化装置、
零部件以及运动机构, 所述激光清洗装置将清洗
激光器模块发射的激光束通过清洗光束传输单
元传入清洗激光整形模块进行光束整形, 输出至
零部件表 面进行清洗; 所述激光熔覆装置将熔覆
激光器模块发射的激光束通过熔覆光束传输单
元传入熔覆激光整形模块进行光束整形, 同时送
粉器向零部件表面喷射金属粉末, 利用激光烧结
实现表面熔覆; 所述表面处理装置将熔覆后凹凸
不平表面加工光滑, 达到零部件的使用要求; 所
述激光冲击强化装置将强化激光器模块发射的
激光束通过强化光束传输单元传入强化激光整
形模块进行光束整形, 发射至零部件表面, 与约
束层喷射器喷射的流体综合作用下强化零部件
表面, 提高抗腐蚀性和疲劳寿命。 所述方法描述
了所述系统的典型使用方法。 本发 明针对核领域零部件制造或再制造过程, 提出了基于激光的复
合应用解决方案, 提升加工质量, 提高加工效率。
权利要求书2页 说明书5页 附图3页
CN 114769843 A
2022.07.22
CN 114769843 A
1.一种用于核构件的激光复合应用系统, 其特征在于: 包括激光清洗装置 (1) 、 激光熔
覆装置 (2) 、 表面处 理装置 (3) 、 激光冲击强化装置 (4) 、 零部件 (5) 以及运动机构:
所述激光清洗装置 (1) 包括清洗激光器模块 (11) 、 清洗光束传输单元 (12) 、 清洗激光整
形模块 (13) 以及清洗检测单元 (14) ; 所述清洗激光器模块 (11) 发射的激光束通过所述清洗
光束传输单元 (12) 传入所述清洗激光整形模块 (13) 进行光束整形, 输出至零部件 (5) 表面
进行清洗;
所述激光熔覆装置 (2) 包括熔覆激光器模块 (2 1) 、 熔覆光束传输单元 (22) 、 熔覆激光整
形模块 (23) 、 熔覆检测单元 (24) 以及送粉器 (25) ; 所述熔覆激光器模块 (21) 发射的激光束
通过所述熔覆光束传输单元 (22) 传 入所述熔覆激光整形模块 (23) 进行光束整 形, 同时所述
送粉器 (25) 向零部件表面喷射金属粉末, 利用激光烧结实现表面熔覆;
所述表面处理装置 (3) 包括表面处理主机 (31) 以及表面处理执行机构 (32) ; 所述表面
处理主机 (31) 提供动力和加工 路径控制, 所述表 面处理执行机构 (32) 将熔覆后凹凸不平表
面加工光滑;
所述激光冲击强化装置 (4) 包括强化激光器模块 (41) 、 强化光束传输单元 (42) 、 强化激
光整形模块 (43) 、 强化监控单元 (44) 以及约束层喷射器 (45) ; 所述强化激光器模块 (41) 发
射的激光束通过所述 强化光束传输单元 (42) 传入强化激光整 形模块 (43) 进 行光束整形, 发
射至零部件表面, 与约束层喷射器 (45) 喷射的流体综合作用下强化所述 零部件 (5) 表面。
2.如权利要求1所述的用于核构件的激光复合应用系统, 其特征在于: 所述清洗激光器
模块 (11) 、 熔覆激光器模块 (21) 及强化激光器模块 (41) 集 成于同一个激光器或者被设置于
不同的激光器上。
3.如权利要求1所述的用于核构件的激光复合应用系统, 其特征在于: 所述运动机构为
第一运动机构 (6) 或第二运动机构 (7) , 分别对应两种应用方法; 一种方法是各装置位置固
定不动, 所述第一运动机构 (6) 带动所述零部件 (5) 运动, 依次进 行清洗、 熔覆、 表面处理和/
或激光冲击强化加工; 另一种方法是所述零部件 (5) 位置固定不动, 所述第二运动机构 (7)
带动所述各装置或者装置中的部分进行加工 。
4.如权利要求1所述的用于核构件的激光复合应用系统, 其特征在于: 所述清洗检测单
元 (14) 、 熔覆检测单元 (24) 及强化监控单元 (44) 分别为声波检测仪器、 光学检测仪器和/或
视觉分析仪器。
5.如权利要求1所述的用于核构件的激光复合应用系统, 其特征在于: 送粉方式为旁轴
送粉方式或 同轴送粉方式, 所述送粉器 (25) 输出端与光束不同轴即旁轴送粉方式, 或输出
端集成在所述熔覆激光整形模块 (23) 上与光束同轴即同轴送粉方式。
6.如权利要求1所述的用于核构件的激光复合应用系统, 其特征在于: 所述约束层喷射
器 (45) 喷射约束层流体到零部件表面, 喷射方式为旁轴喷射方式或 同轴喷射方式; 所述约
束层喷射器 (45) 可用透明玻璃 代替, 透明玻璃需要贴合在零部件表面 起约束作用。
7.一种用于核构件的激光复合应用方法, 其特征在于: 利用如权利要求1 ‑6中任意一项
所述的激光的复合应用系统, 包括以下步骤:
S01、 调用预置数据库, 选择不同类型零部件加工 工艺参数及流 程;
S02、 选择激光的复合应用组合;
S11、 若选择激光清洗, 则执 行S12~S15, 否则执 行S21;权 利 要 求 书 1/2 页
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2S12、 第一 运动机构带动零部件至清洗加工位置;
S13、 根据工艺参数设置清洗激光器模块参数及清洗激光整形模块参数, 根据要求清洗
零部件表层厚度, 清洗检测单 元测量清洗厚度;
S14、 若清洗厚度达 到要求, 执 行S15, 否则重复执 行S13~ S14直至达到要求;
S15、 清洗结束;
S21、 若选择激光熔覆, 则执 行S22~S25, 否则执 行S31;
S22、 第一运动机构带动零部件至熔覆加工位置;
S23、 根据工艺参数设置熔覆激光器模块参数及熔覆激光整形模块参数, 喷射熔覆粉
末, 根据要求熔覆零部件表层厚度, 熔覆检测单 元测量熔覆层厚度;
S24、 若熔覆厚度达 到要求, 执 行S25, 否则重复执 行S23~ S24直至达到要求;
S25、 熔覆结束;
S31、 若选择表面处 理, 则执行S32~S35, 否则执 行S41;
S32、 第一 运动机构带动零部件至表面处 理位置;
S33、 根据工艺 参数设置表面处 理加工参数, 进行表面处 理加工;
S34、 若达 到要求, 执 行S35, 否则重复执 行S33~ S34直至达到要求;
S35、 表面处 理结束;
S41、 若选择激光冲击强化, 则执 行S42~S45, 否则结束;
S42、 第一 运动机构带动零部件至 激光冲击强化 位置;
S43、 根据工艺参数设置强化激光器模块参数及强化激光整形模块参数, 喷射约束层流
体, 根据要求强化 零部件表面, 强化 监控单元监测激光冲击强化工作过程;
S44、 若强化效果达 到要求, 执 行S25, 否则重复执 行S43~ S44直至达到要求;
S45、 激光冲击强化结束。
8.一种用于核构件的激光复合应用方法, 其特征在于: 利用如权利要求3所述激光复合
应用系统, 使用所述第二 运动机构 (7) 的方法时, 包括以下步骤:
将如权利要求7所述的一种用于核构件的激光复合应用方法步骤中的S12、 S22、 S32、
S42分别替换为S52、 S62、 S72、 S 82:
S52、 第二 运动机构带动激光清洗装置 至零部件位置;
S62、 第二 运动机构带动激光熔覆装置 至零部件位置;
S72、 第二 运动机构带动表面处 理装置至零部件位置;
S82、 第二运动机构带动激光冲击强化装置 至零部件位置 。权 利 要 求 书 2/2 页
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专利 用于核构件的激光复合应用系统及方法
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