光纖雷射熔覆設備的製作方法
2023-10-29 19:43:32 1
專利名稱：光纖雷射熔覆設備的製作方法
技術領域：
本申請涉及一種雷射熔覆設備，更具體地講，本申請涉及一種光纖雷射熔覆設備。
背景技術：
雷射熔覆技術是指以不同的添料方式在基體表面上放置粉末，經雷射輻照使之與基體表面一薄層同時熔化，經快速凝固後形成稀釋度極低、與基體材料成冶金結合的表面塗層，從而顯著改善基體材料表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電氣特性等的工藝方法。與堆焊、熱噴塗、電鍍等傳統表面處理技術相比，雷射熔覆技術具有諸多優點，如適用的材料體系廣泛，熔覆層稀釋率可控，熔覆層與基體為冶金結合，基體熱變形小，厚度一般在0.1mm到幾釐米,工藝易於實現自動化和輪廓準確修復等。早在70年代末，美國AVCO公司針對汽車發動機的許多易磨損件進行了雷射熔覆技術的研究，而後英國的Rolls-Royco公司用雷射熔覆技術解決了燃氣輪機葉片的磨損問題，其它應用示例如內燃機的氣閥密封面和閥座圈的雷射熔覆，大型設備軸類部件的雷射熔覆等。雷射熔覆技術在汽車業、航空業、電力行業、鋼鐵行業等高附加值零部件和設備的修復再製造方面發揮了極大的優勢。目前成熟的雷射熔覆設備主要有兩類:一類是採用CO2雷射熔覆設備；另一類是採用Nd = YAG雷射熔覆設備。CO2雷射熔覆設備體積龐大，電光轉換效率低，而且CO2雷射的波長較長，金屬對CO2雷射吸收率低，電、氣消耗的運行成本高，維護費用較高。另一方面，國內的Nd = YAG雷射熔覆設備主要是採用閃光燈泵浦的Nd = YAG固體雷射器，燈泵固體雷射器有一些不可避免的缺點:泵浦光的轉換效率低、晶體熱效應嚴重、閃光燈需經常更換、光束質量較差，維護操作費用非常高。
實用新型內容
·[0006]為了解決現有技術中的上述問題，本實用新型提供了一種光纖雷射熔覆設備，所述光纖雷射熔覆設備包括光纖雷射器作為雷射光源。根據本實用新型的實施例，所述光纖雷射熔覆設備還包括:工業機器人，對待處理的工件進行熔覆處理；熔覆射出頭，夾持在工業機器人的頭部；送粉噴嘴，作為保護氣體與合金粉末的輸出端安裝在熔覆射出頭上。所述光纖雷射熔覆設備還可以包括光纖雷射器的水冷機組。所述光纖雷射熔覆設備還可以包括送粉器，所述送粉器採用氣動式送粉，用來提供熔覆用的合金粉末。所述光纖雷射熔覆設備還可以包括機器人控制臺。所述熔覆射出頭內可以設置有光束整形裝置。根據本實用新型的光纖雷射熔覆設備的電光轉換效率高並且金屬對雷射吸收率聞。
通過
以下結合附圖來描述本實用新型的實施例，本實用新型的特徵和優點將會更加清楚，在附圖中:圖1是根據本實用新型的實施例的光纖雷射熔覆設備的示意圖。
具體實施方式
在下文中，將參照附圖來詳細描述本實用新型的光纖雷射熔覆設備。圖1是根據本實用新型實施例的光纖雷射熔覆設備的示意圖。參照圖1，根據本實用新型的光纖雷射熔覆設備採用光纖雷射器作為雷射光源。光纖雷射器有如下優點:(1)由於光纖雷射波長比CO2雷射波長短一個數量級，金屬材料對光纖雷射有更高的吸收率；
(2)光纖雷射光束質量好，輸出光斑近似高斯分布；(3)光纖雷射熔覆過程中無光致等離子體屏蔽現象，因此可使用價格低廉的氬氣作為熔覆保護氣體；(4)光纖雷射器電光轉換效率高，因此光纖雷射熔覆設備運行成本遠低於Nd = YAG雷射和CO2雷射熔覆設備；(5)結構緊湊、體積小、可 移動、更耐久，維護成本低。根據本實用新型的光纖雷射熔覆設備包括:光纖雷射光源1，光纖雷射光源I輸出的光束可以為連續模式或脈衝模式；工業機器人3，作為熔覆工藝的執行裝置，按照程序設定路徑以一定的速度對待處理的工件進行熔覆處理；熔覆射出頭5，夾持在工業機器人3的頭部，熔覆射出頭5的內部安裝有光束整形裝置，通過積分鏡將雷射束由圓形聚焦光斑調整為矩形均勻光斑，實現雷射能量利用的最大化；送粉噴嘴6，作為保護氣體與合金粉末的輸出端以一定角度安裝在熔覆射出頭5上，以旁軸送粉的形式在熔覆工作時輸送保護氣體和合金粉末，保證送粉噴嘴6噴出的粉末落入雷射束的作用區域中，以形成粉末熔池，實現熔覆層和基體的冶金結合，可實現三維調節送粉角度和光斑的距離。另外，為了冷卻光纖雷射光源I，根據本實用新型的光纖雷射熔覆設備還可以包括連接到光纖雷射光源I的水冷機組2。根據本實用新型的光纖雷射熔覆設備還包括機器人控制臺4。機器人控制臺4作為光纖雷射熔覆設備的總控制臺，可以設定熔覆工藝的各種參數，控制光纖雷射熔覆設備按照程序設定的流程進行熔覆處理，並且可以搭載其它熔覆輔助設備。根據本實用新型的光纖雷射熔覆設備還可以包括送粉器7，送粉器7採用氣動式送粉，用來提供熔覆用的合金粉末。另外，根據本實用新型的光纖雷射熔覆設備以同向氬氣作為載體，將粉末束匯聚在氣簾中，通過控制氣流量來調節送粉量，精度和穩定性高，設備靈活性好。送粉噴嘴6可進行三維空間調節，實現送粉噴嘴到待處理工件表面的角度調節和距離調節。氣流量的主要作用是為調整輸入熔池的粉末量，送粉噴嘴相對於雷射的位置是固定的，保證熔覆工作氣體和合金粉末共同作用於待加工區域。此外，根據本實用新型的光纖雷射熔覆設備還可以包括熔覆工具機8，用來裝卡待處理的工件，可以夾持複雜形狀的工件並進行運動，適用於二維或三維熔覆作業要求。本實用新型的光纖雷射熔覆設備使用工業機器人作為執行機構，以光纖作為雷射束傳導介質，實現了加工柔性化和自動化，可對複雜形狀的部件實施精確修復。另外，機器人控制櫃作為總控制臺，外接送粉器控制信號作為送粉器的開關控制端。[0024]本實用新型的光纖雷射熔覆設備的主控系統通過觸控螢幕實現對熔覆設備的整體控制，方便用戶操作執行和設定熔覆工藝參數。可設置的參數包括:雷射功率、光斑尺寸、掃描速度、送粉氣體流量、保護氣體流量、行進軌跡等。行進軌跡指機器人根據工件形狀行進的空間軌跡，通過程序編寫來完成。根據本實用新型的光纖雷射熔覆設備，雷射束由雷射熔覆射出頭，經內置光束整形裝置調整為寬斑均勻光束後垂直入射到待加工部位，送粉系統以一定流速和角度將保護氣體及合金粉末經側吹噴嘴送至熔池，通過雷射加熱使粉末和基材實現冶金結合，形成不同於基材的高性能合金層。根據本實用新型的光纖雷射熔覆設備具有較高的柔性加工能力和電光轉換效率，綜合性能優於傳統的熱噴塗、堆焊設備和其他雷射熔覆設備。本實用新型的具體示例如下:配置一臺雷射功率4000W的光纖雷射器，採用芯徑為400 μ m的光纖傳輸,將待加工工件放置於熔覆工具機並固定。首先依據工件外形設計並優化機器人行進路徑，保持雷射束的垂直入射；選擇雷射功率、掃描速度、送粉量等工藝參數，調節雷射束形狀為IOXlmm的矩形光斑，採用雷射功率3000W，掃描速度0.6m/min，採用多道多層熔覆方式。在機器人控制臺的人機界面上設定設備參數後，編寫熔覆設備運行程序並校驗，保存。熔覆開始後機器人執行預定程序完成熔覆作業，在45號鋼材基體上熔覆鈷基合金，硬化層厚度在2.5-3.0mm。根據本實用新型的光纖雷射熔覆設備具有以下優點:(1)電光轉換效率高；(2)金屬對雷射吸收率高；(3)稀釋率水平可控；(4)減小熱變形和熱影響區範圍的局部加熱；
(5)熔覆形狀在一定範圍內可控；(6)表面光潔性好；(7)維護和操作費用低；(8)設備輕巧緊湊，便於移動；(9)易於實現自動化。
`[0031]以上實施例示例性地示出了本實用新型的光纖雷射熔覆設備，但是本實用新型的範圍不限於此，本實用新型的範圍由權利要求及其等同物限定。
權利要求1.一種光纖雷射熔覆設備，其特徵在於所述光纖雷射熔覆設備包括光纖雷射器作為雷射光源。
2.根據權利要求1所述的光纖雷射熔覆設備，其特徵在於所述光纖雷射熔覆設備還包括: 工業機器人，對待處理的工件進行熔覆處理； 熔覆射出頭，夾持在工業機器人的頭部； 送粉噴嘴，作為保護氣體與合金粉末的輸出端安裝在熔覆射出頭上。
3.根據權利要求2所述的光纖雷射熔覆設備，其特徵在於所述光纖雷射熔覆設備還包括光纖雷射器的水冷機組。
4.根據權利要求2所述的光纖雷射熔覆設備，其特徵在於所述光纖雷射熔覆設備還包括送粉器，所述送粉器採用氣動式送粉，用來提供熔覆用的合金粉末。
5.根據權利要求2所述的光纖雷射熔覆設備，其特徵在於所述光纖雷射熔覆設備還包括機器人控制臺。
6.根據權利要求2所述的光纖雷射熔覆設備，其特徵在於所述熔覆射出頭內設置有光束整形裝置 。
專利摘要本實用新型提供了一種光纖雷射熔覆設備，所述光纖雷射熔覆設備包括光纖雷射器作為雷射光源。根據本實用新型的光纖雷射熔覆設備的電光轉換效率高並且金屬對雷射吸收率高。
文檔編號C23C24/10GK203096172SQ20122073031
公開日2013年7月31日 申請日期2012年12月26日 優先權日2012年12月26日
發明者張巖, 趙琳, 王瀟, 張斌, 趙子強, 張歡, 彭靜, 裴悅凱, 張瑞華 申請人:中國鋼研科技集團有限公司, 新冶高科技集團有限公司