【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術涉及增材制造，具體涉及一種鋼結構板外場原位激光增材修復方法。
技術介紹
1、腐蝕損傷和疲勞損傷是影響橋梁使用性能與服役質量的兩個重要失效因素。目前傳統(tǒng)修復方法多采用更換鋼橋面板或裝配加固鋼板，止裂孔等延緩疲勞失效操作，前者耗費大量成本，影響日常交通運輸；后者僅僅減緩損傷失效速度，并不能真正實現(xiàn)修復效果。尋求新方法，運用新技術修復是必然趨勢。
2、專利申請“一種激光熔覆在線增材修復裝置及修復方法”(公開號cn116352115a)采用送粉速度控制熔覆粉末的成分含量，實現(xiàn)激光熔覆過程中材料成分的在線調配，使熔覆粉末主要元素成分含量接近待修復零部件，但是其不能實現(xiàn)大型橋梁損傷外場原位修復；專利申請“一種鋼軌螺栓孔的激光增材修復方法”(公開號cn115847002a)采用切削加工后增材修復的方法，實現(xiàn)鋼軌螺栓孔的修復，但是其也不能實現(xiàn)大型橋梁損傷外場原位修復。
3、目前針對大型橋梁損傷外場原位激光增材修復方法的研究缺乏；橋梁結構復雜，對于狹窄位置的損傷缺陷，機械加工設備難以到達指定區(qū)域，機械切削效果差，加之在缺陷修復過程中多設備投入增加經濟與時間成本；在鋼橋外場原位激光增材修復的過程中，需要面臨復雜的外界環(huán)境，且隨著修復位置的變化，難以實現(xiàn)修復區(qū)域保護氣的穩(wěn)定保護，無法營造穩(wěn)定的保護氣氛，出現(xiàn)孔隙等缺陷影響修復質量。
技術實現(xiàn)思路
1、為了克服上述現(xiàn)有技術的缺點，本專利技術的目的在于提供了一種鋼結構板外場原位激光增材修復方法，通過原位修復的方法解決現(xiàn)有鋼橋
2、為達到上述目的，本專利技術通過以下的技術方案來實現(xiàn)：
3、一種鋼結構板外場原位激光增材修復方法，包括以下步驟：
4、1)判斷損傷類型，確定鋼結構板構件的待修復損傷區(qū)域，確定修復方案；評估鋼結構板構件的待修復損傷區(qū)域范圍和嚴重程度，根據(jù)損傷類型和損傷范圍確定激光增材修復方式及修復路徑規(guī)劃：貫穿修復方案或是表層修復方案；
5、2)對步驟1)確定的表面淺層損傷采用激光清除工藝切除缺陷部分；對步驟1)確定的深層貫穿損傷采用激光切割方案切除缺陷部分；
6、3)對步驟2)激光切割或激光清除后的待修復損傷區(qū)域表面進行激光打磨處理；
7、4)對步驟3)激光打磨處理后的待修復損傷區(qū)域進行激光增材修復填充，進行一層激光增材沉積；
8、5)對步驟4)增材修復當前層進行激光重熔，并確保激光重熔區(qū)域完全覆蓋激光增材區(qū)域，進行增材區(qū)域熱處理；
9、6)進行下一層的激光增材填充修復，覆蓋上一層激光增材部分；
10、7)重復步驟4)～6)直至激光增材完全覆蓋切割區(qū)域，即完成增材修復區(qū)域填充；
11、8)對增材修復區(qū)域表面及增材修復區(qū)域與母材結合部分進行激光重熔處理，提高增材修復區(qū)域表面和界面結合區(qū)域的質量性能。
12、所述的步驟1)中激光增材修復方式為激光能量沉積技術(lede)、激光送絲技術以及其他使用激光能量作為能量源的增材制造技術。
13、所述的步驟1)中損傷類型分為表面淺層損傷和深層貫穿損傷；對應的待修復損傷區(qū)域分為表面修復區(qū)域和深層貫穿修復區(qū)域；
14、表面淺層損傷是指鋼結構板構件缺陷存在于鋼板件的表面及淺表面區(qū)域，深層區(qū)域完好；適用的缺陷損傷類型為：摩擦磨損缺陷、表面腐蝕損傷、淺層裂紋損傷；深層貫穿損傷是指鋼結構板構件缺陷已貫穿板材上下表面；適用的缺陷損傷類型為：貫穿疲勞裂紋損傷；
15、所述的表面淺層損傷采用修復方案為表層修復方案：激光清除表面損傷區(qū)域，保留深層母材，在保留的深層母材上激光打磨相應區(qū)域后，進行后續(xù)激光增材修復；所述的深層貫穿損傷采用修復方案為貫穿修復方案：激光切割缺陷部分，激光打磨相應區(qū)域后，進行后續(xù)激光增材修復。
16、所述的步驟2)中，激光切割的工藝參數(shù)為：激光功率為600～20000w，切割速度為10～80mm/s，輔助氣體壓力0.8～20bar，離焦量-15～17mm；實際情況需根據(jù)鋼結構板構件材料及厚度確定。
17、所述的步驟2)中激光切割形成的切割區(qū)域為后續(xù)激光增材提供增材平臺，切割形狀為v形，激光切割角度與表面應大于45°，切割面積在保障切除損傷的情況下盡可能小。
18、所述步驟3)中激光打磨處理將粗糙區(qū)域轉變?yōu)槠秸砻妫砻娲植诙萺a<12.5，激光打磨工藝參數(shù)：光斑直徑0.06～4mm,激光功率為10～800w，激光掃描速度為10～800mm/s，打磨次數(shù)1～20次。
19、所述的步驟2)-步驟4)采用同一激光系統(tǒng)。
20、所述的步驟5)中對增材修復部分進行激光重熔，激光重熔影響層深度在0.01～2mm之間，激光重熔工藝參數(shù)：光斑直徑1～5mm，激光功率為500～5000w，激光掃描速度為5～50mm/s。
21、所述的步驟5)和步驟8)中激光重熔區(qū)域范圍應在完全覆蓋激光增材的基礎上，擴大0.5～5mm的范圍。
22、所述的鋼橋結構外場激光增材修復方法，還包括以下步驟：
23、9)采用超聲波探傷設備對經過步驟8)激光重熔處理的鋼結構板構件進行超聲波探傷。
24、和現(xiàn)有技術相比，本專利技術的有益效果為：
25、由于本專利技術采用激光切割與激光清除技術代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機械加工進行損傷部位的清除加工，大大提高了特殊狹窄部位的切削效果，降低機械刀具的損傷成本；同時采用激光打磨進行加工部位的第二次處理，為后續(xù)激光增材提供良好的增材環(huán)境。
26、由于本專利技術采用一套激光設備系統(tǒng)即可完成損傷區(qū)切割清除，沉積修復，后處理一整個修復過程，提高工作效率，避免多設備成本支出。
27、由于本專利技術考慮了在外場條件及實際情況下，保護氣不能滿足實驗室要求的情況，通過激光重熔工藝輔助激光增材，進行氣孔孔隙的再流動，促進孔隙的閉合，減少氣孔缺陷；同時，激光重熔工藝修復激光增材與母材結合部分的未熔合缺陷，提高修復結合面質量。
28、由于本專利技術在修復最后一步進行整體重熔，進行熱處理，降低母材結合部分由于增材產生的殘余應力；同時，對修復區(qū)與母材區(qū)整體表面進行表面處理。
29、綜上，本專利技術以實現(xiàn)對鋼橋長期服役后各種損傷類型的修復，恢復鋼橋使用價值，避免鋼橋報廢，減少經濟損失。
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1.一種鋼結構板外場原位激光增材修復方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步驟1)中激光增材修復方式為激光能量沉積技術(LEDE)、激光送絲技術以及其他使用激光能量作為能量源的增材制造技術。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步驟1)中損傷類型分為表面淺層損傷和深層貫穿損傷；對應的待修復損傷區(qū)域分為表面修復區(qū)域和深層貫穿修復區(qū)域；
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步驟2)中，激光切割的工藝參數(shù)為：激光功率為600～20000W，切割速度為10～80mm/s，輔助氣體壓力0.8～20bar，離焦量-15～17mm。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步驟2)中激光切割形成的切割區(qū)域為后續(xù)激光增材提供增材平臺，切割形狀為V形，激光切割角度與表面應大于45°，切割面積在保障切除損傷的情況下盡可能小。
6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于：所述步驟3)中激光打磨處理將粗糙區(qū)域轉變?yōu)槠秸砻妫砻娲植诙萊a<12.5，激光打磨處理參數(shù)
7.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步驟2)-步驟4)采用同一激光系統(tǒng)。
8.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步驟5)中對增材修復部分進行激光重熔，激光重熔影響層深度在0.01～2mm之間，激光重熔工藝參數(shù)：光斑直徑1～5mm，激光功率為500～5000W，激光掃描速度為5～50mm/s。
9.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步驟5)和步驟8)中激光重熔區(qū)域范圍應在完全覆蓋激光增材的基礎上，擴大0.5～5mm的范圍。
10.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于：所述的鋼橋結構外場激光增材修復方法，還包括以下步驟：9)采用超聲波探傷設備對經過步驟8)激光重熔處理的鋼結構板構件進行超聲波探傷。
...【技術特征摘要】
1.一種鋼結構板外場原位激光增材修復方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步驟1)中激光增材修復方式為激光能量沉積技術(lede)、激光送絲技術以及其他使用激光能量作為能量源的增材制造技術。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步驟1)中損傷類型分為表面淺層損傷和深層貫穿損傷；對應的待修復損傷區(qū)域分為表面修復區(qū)域和深層貫穿修復區(qū)域；
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步驟2)中，激光切割的工藝參數(shù)為：激光功率為600～20000w，切割速度為10～80mm/s，輔助氣體壓力0.8～20bar，離焦量-15～17mm。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步驟2)中激光切割形成的切割區(qū)域為后續(xù)激光增材提供增材平臺，切割形狀為v形，激光切割角度與表面應大于45°，切割面積在保障切除損傷的情況下盡可能小。
6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于：...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：黃科，張智妍，
申請(專利權)人：西安交通大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
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