鈦合金激光修復(fù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　1　鈦合金激光修復(fù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　鈦合金激光修復(fù)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)鈦合金激光修復(fù)技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的首要環(huán)節(jié)，也是最為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。一般來說，鈦合金激光修復(fù)成形系統(tǒng)由激光器、惰性氣體動態(tài)保護(hù)系統(tǒng)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)、送粉系統(tǒng)、質(zhì)量控制系統(tǒng)及控制軟件六個(gè)模塊構(gòu)成。
　　1.1激光器的選擇
　　在實(shí)際激光加工系統(tǒng)中選擇合適的激光器，是一個(gè)非常重要的問題。選擇合適的激光器不但會減低激光加工工藝設(shè)計(jì)和實(shí)施的難度，而且還可以使整個(gè)系統(tǒng)獲得最高的性價(jià)比。在激光器選擇方面應(yīng)該著重考慮以下幾個(gè)方面。
　　根據(jù)激光加工工件材料的特性(工件材料，尺寸、熱導(dǎo)率、加工要求和激光反射率等)，考慮激光器的激光波長、激光功率、光束模式和光束質(zhì)量等。
　　根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場的環(huán)境條件，考慮激光器穩(wěn)定性，體積大小、可靠性、使用壽命、維修和調(diào)整的方便性。
　　根據(jù)激光加工系統(tǒng)的柔性需求，考慮光纖傳輸?shù)木嚯x和光束質(zhì)量，以及便攜性和兼顧可靠性。
　　
　　根據(jù)采購商的實(shí)力，綜合考慮投資額度和后期運(yùn)行費(fèi)用。
　　考慮設(shè)備銷售商的綜合實(shí)力，包括經(jīng)濟(jì)實(shí)力、技術(shù)實(shí)力，生產(chǎn)實(shí)力、質(zhì)量保障體系、可信程度和售后服務(wù)。
　　設(shè)備易損部件(光學(xué)鏡片、加工頭等)和易耗品(金屬粉末、吸光涂料等)的來源是否有保障，供應(yīng)渠道是否暢通；以及是否提供激光加工工藝技術(shù)支持等。
　　目前，工業(yè)上大量使用的激光加工用激光器的性能指標(biāo)列于表1。
　　通過表1比較，CO激光器、Nd：YAG激光器及光纖激光器均可用于鈦合金激光修復(fù)系統(tǒng)之中，從經(jīng)濟(jì)性考慮本文選擇CO激光器做為能量源。
　　1.2冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　冷卻系統(tǒng)是專為整個(gè)激光修復(fù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的制冷換熱設(shè)備，冷卻系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性、可靠性直接影響到制造系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性和可靠性，是影響激光快速成形產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素之一。
　　本文所設(shè)計(jì)的激光修復(fù)系統(tǒng)統(tǒng)冷卻系統(tǒng)采用雙壓縮機(jī)冷水機(jī)組，冷卻能力50000大卡，冷卻塔放在室外通風(fēng)處。冷卻水箱分常溫水箱和冷卻水箱，出水口接冷卻水箱，回水接常溫水箱，二個(gè)水箱之間由壓縮機(jī)實(shí)現(xiàn)循環(huán)冷卻，水箱介質(zhì)為去離子水。
　　1.3惰性氣體保護(hù)裝置設(shè)計(jì)
　　鈦及鈦合金的化學(xué)性質(zhì)非?；顫?，與空氣中的氧、氮、碳等雜質(zhì)具有很強(qiáng)的親和力。在不同的溫度下鈦合金表面將形成不同結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的氧化膜。鈦合金在激光快速成形過程中，熔池及熱影響區(qū)在激光的高溫照射作用下，極易氧化，將嚴(yán)重影響沉積層的性能。按現(xiàn)有同軸吹保護(hù)氣的方式來進(jìn)行保護(hù)，但是試驗(yàn)的效果都不理想，成形件氧化嚴(yán)重。因此本文設(shè)計(jì)一套真空防氧化設(shè)備，使試驗(yàn)在真空環(huán)境下或者在高純度的惰性保護(hù)氣環(huán)境下進(jìn)行，防止鈦合金激光成形件被O、C、N、H等元素污染。激光快速成形動態(tài)惰性氣體保護(hù)系統(tǒng)由真空箱、真空獲得系統(tǒng)、充排氣系統(tǒng)等部分組成。
　　1.4送粉裝置設(shè)計(jì)
　　鈦合金激光修復(fù)過程中粉末流的控制是影響激光修復(fù)質(zhì)量的重要因素之一，因此送粉系統(tǒng)是激光修復(fù)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成模塊。送粉系統(tǒng)由送粉器、混粉器和送粉嘴三部分組成。
　　這里設(shè)計(jì)的送粉裝置，應(yīng)用機(jī)械理論和氣動原理，針對功能梯度材料激光快速成形技術(shù)的需求，研制了一種集成控制高精度三料倉載氣式刮吸送粉器。根據(jù)正壓式氣體粉末輸送理論與特點(diǎn)，落粉送粉采用刮吸方式。進(jìn)粉采用氣動流化進(jìn)粉，即承粉轉(zhuǎn)盤凹槽內(nèi)的粉末顆粒由氣動流化產(chǎn)生運(yùn)動由進(jìn)粉嘴輸送出去。運(yùn)動部件由步進(jìn)電機(jī)提供動力，采用大減速比的蝸輪蝸桿傳遞運(yùn)動，提高承粉轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動穩(wěn)定性和運(yùn)行精度。系統(tǒng)控制采用可編程運(yùn)動控制卡控制，由計(jì)算機(jī)集成程序統(tǒng)一控制。
　　1.5導(dǎo)光路設(shè)計(jì)
　　本文所設(shè)計(jì)的光路系統(tǒng)主要由空氣傳輸通道，反射部分和單透鏡聚焦部分組成，采用三級反射是由于激光器一機(jī)多用，既可將光束傳輸?shù)奖Ｗo(hù)箱內(nèi)進(jìn)行控制氣氛條件的加工，又可將光束傳到開放式數(shù)控工作臺上進(jìn)行加工。其中3個(gè)45°反射鏡為銅鏡，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測定，隨銅鏡反射表面的清潔程度不同，每塊銅鏡反射率在95％左右。聚焦透鏡上方加裝光闌是對光束橫模進(jìn)行選擇，并保證光束落在聚焦透鏡工作面以內(nèi)。聚焦透鏡采用砷化鎵平凸鏡，砷化鎵對波長為10.6μm的激光有較高的透射率，在波長為10.6μm激光照射下，體吸收系數(shù)≤0.01cm^-1</sup