本发明涉及一种激光锻造抑制气孔缺陷方法和装置，尤其是指一种船体结构多层多道抑制气孔缺陷的激光锻造修复方法和装置。
背景技术：
1、海洋环境十分复杂、恶劣，具有高温、高湿、高盐度的特点，且有台风、海啸等极端载荷。海上风电装备、油气开采和运输装备等海洋工程装备长期在恶劣的海洋环境下服役，极易发生磨损、腐蚀、开裂等损伤，严重影响装备的服役寿命，甚至造成安全事故。
2、高强度低合金钢在海洋工程工业中被广泛用作结构构件，特别是在船舶、潜艇和海上钻井平台的建造中，船用钢因其突出的机械性能、可焊性和耐腐蚀性而主要用于制造船壳，与巨大的船体结构相比，船壳厚度与船舶总体积的比率非常小，因此，船体表面在恶劣的工作条件下容易被破坏，对于船体服役过程中产生的损伤，及时进行低应力长寿命修复对于保障海洋工程装备持续稳定运行、延长其全生命周期具有重要的战略意义。如中国专利cn112809003a提出的同轴送粉激光复合增材制造方法，该方法虽然能够减少增材制造过程产生的缩松、气孔、裂纹、拉应力等缺陷，但是不能够精确控制增材后的气孔大小。而常规焊补修复难以调控显微组织，也无法完全消除修复区的气孔缺陷和残余拉应力，导致修复件的疲劳寿命短，针对这一问题，本发明专利提出一种船体结构多层多道抑制气孔缺陷的激光锻造修复方法。
技术实现思路
1、本发明的目的在于针对上述问题，提供一种船体结构多层多道抑制气孔缺陷的激光锻造修复方法和装置。本发明通过扫描得到损伤区域的三维几何形貌计算出凹槽加工尺寸和槽倾角，基于凹槽加工尺寸和槽倾角计算出工艺参数，并规划好熔覆路径和锻打路径；ct成像动态测量系统实时监控激光锻打后孔隙大小，通过不断重熔锻打使锻打后孔隙大小达到预期要求，来抑制气孔缺陷，改善焊接后熔覆焊道的力学性能，保证修复区域的结构和质量，延长零件的服役寿命。
2、本发明的目的可采用以下技术方案来达到：
3、一种船体结构多层多道抑制气孔缺陷的激光锻造修复方法，包括以下步骤：
4、s1、通过ct成像动态测量系统扫描待修复构件的损伤区域，将获得的损伤区域的三维几何模型信息上传到移动工作站，根据损伤区域的几何形貌来算出梯形凹槽的加工尺寸、槽倾角；
5、s2、基于梯形凹槽加工尺寸、槽倾角，通过移动工作站处理获得修复区域熔覆层数和每层的高度、宽度和数量，获得初始的激光熔覆与激光锻打工艺参数，并规划熔覆路径和锻打路径；
6、s3、根据步骤s1所述的加工尺寸，通过多体制激光加工总控系统控制连续激光减材系统对修复构件损伤区域进行减材，形成所述的梯形凹槽；
7、s4、多体制激光加工总控系统控制储气罐吹出连续的保护气覆盖熔覆部位后，控制连续激光熔覆系统按照步骤s2所述的熔覆路径及工艺参数进行修复，短脉冲激光锻造系统按照s2所述的锻打路径及工艺参数对达到凝点形成半凝固状态的熔覆焊道进行锻打；
8、s5、通过ct成像动态测量系统实时监测得到激光锻打修复后熔覆焊道孔隙大小上传至移动工作站分析，得到熔覆焊道的孔隙大小为vi。根据材料属性以及服役工况要求设定熔覆焊道的孔隙大小期望阈值v1，当vi>v1时，认为没达到孔隙抑制的标准，则将重复步骤s4，不输送丝材进行熔覆焊道重熔，并递增20％激光锻打能量进行锻打；
9、s6、重复s5步骤，当该激光能量满足一次激光锻打后孔隙大小vi小于v1，停止s5，获得激光锻打能量阈值e0。重复步骤s4进行下一道焊道送丝熔覆，用该激光锻打能量阈值e0对熔覆焊道进行锻打，直至该梯形凹槽修复完成，最后将修复区域多余的地方打磨；
10、所述步骤s1的具体内容为根据ct成像动态测量系统扫描形成的损伤区域的三维几何模型，根据损伤区域的三维几何尺寸和实际的板材厚度给定加工余量x0、y0，损伤宽度：a，损伤深度：b,通过计算得出梯形凹槽的加工尺寸和槽倾角，上底面宽度：a＝a+2x0，下底面宽度：凹槽深度：b(h0)＝b+y0，槽倾角：
11、进一步地，所述步骤s2的具体内容为其中过渡速率a：熔覆层数n0：每层的高度h：熔覆焊道宽度w：得到满足条件的wi(i＝1,2...)，熔覆焊道的数量n：n取min[ni]，根据计算出最终的熔覆焊道宽度w。
12、作为一种优选的方案，所述步骤s3的具体内容为：多体制激光加工总控系统形成的半导体种子光源通过分束器分成三束子光分别进入不同的介质，第一束子光经过饱和吸收体、增益光纤、固体放大器所构成的锁模振荡器，用连续激光减材系统来控制，多体制激光加工控制系统控制连续激光减材系统来操控激光对修复构件损伤区域进行减材，形成梯形凹槽。
13、作为一种优选的方案，所述步骤s4的具体内容为：多体制激光加工总控系统形成的半导体种子光源通过分束器分成三束子光分别进入不同的介质，第二束子光经过增益光纤、固体放大器所构成的连续电压振荡器，用连续激光熔覆系统来控制，第三束子光经过电光调制器、增益光纤、固体放大器所构成的调q激光振荡器，用短脉冲激光锻打控制系统来控制，多体制激光加工控制系统控制连续激光熔覆系统、短脉冲激光锻打系统分别操控两束激光，一束激光进行熔覆的同时用另外一束激光对熔覆焊道中半凝固状态的区域进行锻打。
14、进一步地，连续激光减材系统、锁模振荡器与减材激光头连接，连续激光熔覆系统、连续电压振荡器、同轴送丝装置与熔覆激光头连接，短脉冲激光锻打系统、调q激光振荡器与锻打激光头连接，视觉监测系统监测熔覆焊道从液体转变为半固态的过程，将采集的数据通过移动工作站显示屏实现数据可视化；移动工作站导出温度变化曲线图及熔覆焊道的形貌。
15、一种船体结构多层多道抑制气孔缺陷的激光锻造修复方法的装置，其特征在于：包括移动工作站、多体制激光加工总控系统、同轴送丝装置、短脉冲激光锻打系统、连续激光熔覆系统、连续激光减材系统、视觉监测系统和ct成像动态测量系统；通过同轴送丝装置送丝到指定的熔覆区域，多体制激光加工总控系统控制的一束子光熔覆焊丝形成熔覆焊道的同时另外一束子光同步进行激光锻打；所述对视觉监测系统与温度感应器、探头连接对熔覆焊道的温度和表面形貌进行实时监测，所述移动工作站的输出端与所述多体制激光加工总控系统、连续激光熔覆系统、短脉冲激光锻打系统、连续激光减材系统、视觉监视系统电连接，所述移动工作站通过ct成像动态测量系统对梯形凹槽内的熔覆焊道进行扫描，获得熔覆焊道的孔隙大小，通过激光锻打来抑制气孔大小。
16、进一步地，所述同轴送丝装置包括储料室、储气罐、送丝机构，所述移动工作站通过电源与所述同轴送丝装置电连接；所述储料室的出料口与所述送丝机构的进料口连通；所述储气罐输出保护气体到熔覆焊道上。
17、进一步地，所述储气罐输出保护气体为氩气或二氧化碳，且出气口平行于锻打激光头；保护气既作为保护待焊金属免受其他气体和杂质污染，又可以用吹出的对熔覆焊道的形貌进行控制的双重作用。
18、实施本发明，具有如下有益效果：
19、1、本发明通过冲击波力学效应，精确地作用在最佳锻造温度区的易塑性变形区域，即在熔覆焊道从液体转变为半固态就施以激光冲击锻打作用，细化金属晶粒的效果更优，能更好地消除熔覆焊道的残余内应力、变形、组织缺陷和裂纹等内部缺陷，改善熔覆焊道力学性能，熔覆焊道组织性能得到增强。
20、2、本发明通过扫描待修复件的损伤区域得到三维几何形貌后计算出凹槽加工尺寸和槽倾角，基于凹槽加工尺寸和槽倾角计算得到工艺参数，并规划好熔覆路径和锻打路径，能够适用于计算不同尺寸损伤区域的凹槽加工尺寸和槽倾角；
21、3、本发明通过多层多道的激光锻造复合电弧增材修复可以提高损伤修复效率，为海工装备结构件的损伤修复提供新的途径和指导。本发明装置能实现边熔覆边冲击锻打的同时还能实时监测锻打后的孔隙大小，通过不断重熔并修正激光能量大小来抑制气孔缺陷，避免了后期附加的表面处理等强化工序或修复工序，大大提高损伤区域修复的质量。
1.一种船体结构多层多道抑制气孔缺陷的激光锻造修复方法及装置，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种船体结构多层多道抑制气孔缺陷的激光锻造修复方法，其特征在于：所述步骤s1的具体内容为根据ct成像动态测量系统扫描形成的损伤区域的三维几何模型，根据损伤区域的三维几何尺寸和实际的板材厚度给定加工余量x0、y0，损伤宽度：a，损伤深度：b，通过计算得出梯形凹槽的加工尺寸和槽倾角，上底面宽度：a＝a+2x0，下底面宽度：凹槽深度：b(h0)＝b+y0，槽倾角：
3.根据权利要求1所述一种船体结构多层多道抑制气孔缺陷的激光锻造修复方法，其特征在于：所述步骤s2的具体内容为其中过渡速率a：熔覆层数n0：每层的高度h：熔覆焊道宽度w：
4.根据权利要求1所述一种船体结构多层多道抑制气孔缺陷的激光锻造修复方法，其特征在于：所述步骤s3的具体内容包括：
5.根据权利要求1所述一种船体结构多层多道抑制气孔缺陷的激光锻造修复方法，其特征在于：所述步骤s4的具体内容为：
6.根据权利要求4和5所述一种船体结构多层多道抑制气孔缺陷的激光锻造修复方法，其特征在于：连续激光减材系统、锁模振荡器与减材激光头连接，连续激光熔覆系统、连续电压振荡器、同轴送丝装置与熔覆激光头连接，短脉冲激光锻打系统、调q激光振荡器与锻打激光头连接，视觉监测系统监测熔覆焊道从液体转变为半固态的过程，将采集的数据通过移动工作站显示屏实现数据可视化；移动工作站导出温度变化曲线图及熔覆焊道的形貌。
7.基于权利要求1至6任一项所述一种船体结构多层多道抑制气孔缺陷的激光锻造修复方法的装置，其特征在于：包括移动工作站、多体制激光加工总控系统、同轴送丝装置、短脉冲激光锻打系统、连续激光熔覆系统、连续激光减材系统、视觉监测系统和ct成像动态测量系统；通过同轴送丝装置送丝到指定的熔覆区域，多体制激光加工总控系统控制的一束子光熔覆焊丝形成熔覆焊道的同时另外一束子光同步进行激光锻打；所述对视觉监测系统与温度感应器、探头连接对熔覆焊道的温度和表面形貌进行实时监测，所述移动工作站的输出端与所述多体制激光加工总控系统、连续激光熔覆系统、短脉冲激光锻打系统、连续激光减材系统、视觉监视系统电连接，所述移动工作站通过ct成像动态测量系统对梯形凹槽内的熔覆焊道进行扫描，获得熔覆焊道形成的孔隙大小，通过激光锻打来抑制气孔大小。
8.根据权利要求7所述一种船体结构多层多道抑制气孔缺陷的激光锻造修复方法的装置，其特征在于：所述同轴送丝装置包括储料室、储气罐、送丝机构，所述移动工作站通过电源与所述同轴送丝装置电连接；所述储料室的出料口与所述送丝机构的进料口连通；所述储气罐输出保护气体到熔覆焊道上。
9.根据权利要求8所述一种船体结构多层多道抑制气孔缺陷的激光锻造修复方法的装置，其特征在于：所述储气罐输出保护气体为氩气或二氧化碳，且出气口平行于锻打激光头。
