專利名稱：光纖激光熔覆設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及一種激光熔覆設(shè)備，更具體地講，本申請涉及一種光纖激光熔覆設(shè)備。
背景技術(shù)：
激光熔覆技術(shù)是指以不同的添料方式在基體表面上放置粉末，經(jīng)激光輻照使之與基體表面一薄層同時熔化，經(jīng)快速凝固后形成稀釋度極低、與基體材料成冶金結(jié)合的表面涂層，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、熱噴涂、電鍍等傳統(tǒng)表面處理技術(shù)相比，激光熔覆技術(shù)具有諸多優(yōu)點(diǎn)，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(jié)合，基體熱變形小，厚度一般在0.1mm到幾厘米,工藝易于實(shí)現(xiàn)自動化和輪廓準(zhǔn)確修復(fù)等。早在70年代末，美國AVCO公司針對汽車發(fā)動機(jī)的許多易磨損件進(jìn)行了激光熔覆技術(shù)的研究，而后英國的Rolls-Royco公司用激光熔覆技術(shù)解決了燃?xì)廨啓C(jī)葉片的磨損問題，其它應(yīng)用示例如內(nèi)燃機(jī)的氣閥密封面和閥座圈的激光熔覆，大型設(shè)備軸類部件的激光熔覆等。激光熔覆技術(shù)在汽車業(yè)、航空業(yè)、電力行業(yè)、鋼鐵行業(yè)等高附加值零部件和設(shè)備的修復(fù)再制造方面發(fā)揮了極大的優(yōu)勢。目前成熟的激光熔覆設(shè)備主要有兩類:一類是采用CO2激光熔覆設(shè)備；另一類是采用Nd = YAG激光熔覆設(shè)備。CO2激光熔覆設(shè)備體積龐大，電光轉(zhuǎn)換效率低，而且CO2激光的波長較長，金屬對CO2激光吸收率低，電、氣消耗的運(yùn)行成本高，維護(hù)費(fèi)用較高。另一方面，國內(nèi)的Nd = YAG激光熔覆設(shè)備主要是采用閃光燈泵浦的Nd = YAG固體激光器，燈泵固體激光器有一些不可避免的缺點(diǎn):泵浦光的轉(zhuǎn)換效率低、晶體熱效應(yīng)嚴(yán)重、閃光燈需經(jīng)常更換、光束質(zhì)量較差，維護(hù)操作費(fèi)用非常高。
實(shí)用新型內(nèi)容
·[0006]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，本實(shí)用新型提供了一種光纖激光熔覆設(shè)備，所述光纖激光熔覆設(shè)備包括光纖激光器作為激光光源。根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例，所述光纖激光熔覆設(shè)備還包括:工業(yè)機(jī)器人，對待處理的工件進(jìn)行熔覆處理；熔覆射出頭，夾持在工業(yè)機(jī)器人的頭部；送粉噴嘴，作為保護(hù)氣體與合金粉末的輸出端安裝在熔覆射出頭上。所述光纖激光熔覆設(shè)備還可以包括光纖激光器的水冷機(jī)組。所述光纖激光熔覆設(shè)備還可以包括送粉器，所述送粉器采用氣動式送粉，用來提供熔覆用的合金粉末。所述光纖激光熔覆設(shè)備還可以包括機(jī)器人控制臺。所述熔覆射出頭內(nèi)可以設(shè)置有光束整形裝置。根據(jù)本實(shí)用新型的光纖激光熔覆設(shè)備的電光轉(zhuǎn)換效率高并且金屬對激光吸收率聞。
通過
以下結(jié)合附圖來描述本實(shí)用新型的實(shí)施例，本實(shí)用新型的特征和優(yōu)點(diǎn)將會更加清楚，在附圖中:圖1是根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的光纖激光熔覆設(shè)備的示意圖。
具體實(shí)施方式
在下文中，將參照附圖來詳細(xì)描述本實(shí)用新型的光纖激光熔覆設(shè)備。圖1是根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的光纖激光熔覆設(shè)備的示意圖。參照圖1，根據(jù)本實(shí)用新型的光纖激光熔覆設(shè)備采用光纖激光器作為激光光源。光纖激光器有如下優(yōu)點(diǎn):(1)由于光纖激光波長比CO2激光波長短一個數(shù)量級，金屬材料對光纖激光有更高的吸收率；
(2)光纖激光光束質(zhì)量好，輸出光斑近似高斯分布；(3)光纖激光熔覆過程中無光致等離子體屏蔽現(xiàn)象，因此可使用價格低廉的氬氣作為熔覆保護(hù)氣體；(4)光纖激光器電光轉(zhuǎn)換效率高，因此光纖激光熔覆設(shè)備運(yùn)行成本遠(yuǎn)低于Nd = YAG激光和CO2激光熔覆設(shè)備；(5)結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、可 移動、更耐久，維護(hù)成本低。根據(jù)本實(shí)用新型的光纖激光熔覆設(shè)備包括:光纖激光光源1，光纖激光光源I輸出的光束可以為連續(xù)模式或脈沖模式；工業(yè)機(jī)器人3，作為熔覆工藝的執(zhí)行裝置，按照程序設(shè)定路徑以一定的速度對待處理的工件進(jìn)行熔覆處理；熔覆射出頭5，夾持在工業(yè)機(jī)器人3的頭部，熔覆射出頭5的內(nèi)部安裝有光束整形裝置，通過積分鏡將激光束由圓形聚焦光斑調(diào)整為矩形均勻光斑，實(shí)現(xiàn)激光能量利用的最大化；送粉噴嘴6，作為保護(hù)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(hù)氣體和合金粉末，保證送粉噴嘴6噴出的粉末落入激光束的作用區(qū)域中，以形成粉末熔池，實(shí)現(xiàn)熔覆層和基體的冶金結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)三維調(diào)節(jié)送粉角度和光斑的距離。另外，為了冷卻光纖激光光源I，根據(jù)本實(shí)用新型的光纖激光熔覆設(shè)備還可以包括連接到光纖激光光源I的水冷機(jī)組2。根據(jù)本實(shí)用新型的光纖激光熔覆設(shè)備還包括機(jī)器人控制臺4。機(jī)器人控制臺4作為光纖激光熔覆設(shè)備的總控制臺，可以設(shè)定熔覆工藝的各種參數(shù)，控制光纖激光熔覆設(shè)備按照程序設(shè)定的流程進(jìn)行熔覆處理，并且可以搭載其它熔覆輔助設(shè)備。根據(jù)本實(shí)用新型的光纖激光熔覆設(shè)備還可以包括送粉器7，送粉器7采用氣動式送粉，用來提供熔覆用的合金粉末。另外，根據(jù)本實(shí)用新型的光纖激光熔覆設(shè)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(diào)節(jié)送粉量，精度和穩(wěn)定性高，設(shè)備靈活性好。送粉噴嘴6可進(jìn)行三維空間調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)送粉噴嘴到待處理工件表面的角度調(diào)節(jié)和距離調(diào)節(jié)。氣流量的主要作用是為調(diào)整輸入熔池的粉末量，送粉噴嘴相對于激光的位置是固定的，保證熔覆工作氣體和合金粉末共同作用于待加工區(qū)域。此外，根據(jù)本實(shí)用新型的光纖激光熔覆設(shè)備還可以包括熔覆機(jī)床8，用來裝卡待處理的工件，可以夾持復(fù)雜形狀的工件并進(jìn)行運(yùn)動，適用于二維或三維熔覆作業(yè)要求。本實(shí)用新型的光纖激光熔覆設(shè)備使用工業(yè)機(jī)器人作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以光纖作為激光束傳導(dǎo)介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了加工柔性化和自動化，可對復(fù)雜形狀的部件實(shí)施精確修復(fù)。另外，機(jī)器人控制柜作為總控制臺，外接送粉器控制信號作為送粉器的開關(guān)控制端。[0024]本實(shí)用新型的光纖激光熔覆設(shè)備的主控系統(tǒng)通過觸摸屏實(shí)現(xiàn)對熔覆設(shè)備的整體控制，方便用戶操作執(zhí)行和設(shè)定熔覆工藝參數(shù)?？稍O(shè)置的參數(shù)包括:激光功率、光斑尺寸、掃描速度、送粉氣體流量、保護(hù)氣體流量、行進(jìn)軌跡等。行進(jìn)軌跡指機(jī)器人根據(jù)工件形狀行進(jìn)的空間軌跡，通過程序編寫來完成。根據(jù)本實(shí)用新型的光纖激光熔覆設(shè)備，激光束由激光熔覆射出頭，經(jīng)內(nèi)置光束整形裝置調(diào)整為寬斑均勻光束后垂直入射到待加工部位，送粉系統(tǒng)以一定流速和角度將保護(hù)氣體及合金粉末經(jīng)側(cè)吹噴嘴送至熔池，通過激光加熱使粉末和基材實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合，形成不同于基材的高性能合金層。根據(jù)本實(shí)用新型的光纖激光熔覆設(shè)備具有較高的柔性加工能力和電光轉(zhuǎn)換效率，綜合性能優(yōu)于傳統(tǒng)的熱噴涂、堆焊設(shè)備和其他激光熔覆設(shè)備。本實(shí)用新型的具體示例如下:配置一臺激光功率4000W的光纖激光器，采用芯徑為400 μ m的光纖傳輸,將待加工工件放置于熔覆機(jī)床并固定。首先依據(jù)工件外形設(shè)計并優(yōu)化機(jī)器人行進(jìn)路徑，保持激光束的垂直入射；選擇激光功率、掃描速度、送粉量等工藝參數(shù)，調(diào)節(jié)激光束形狀為IOXlmm的矩形光斑，采用激光功率3000W，掃描速度0.6m/min，采用多道多層熔覆方式。在機(jī)器人控制臺的人機(jī)界面上設(shè)定設(shè)備參數(shù)后，編寫熔覆設(shè)備運(yùn)行程序并校驗(yàn)，保存。熔覆開始后機(jī)器人執(zhí)行預(yù)定程序完成熔覆作業(yè)，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(jù)本實(shí)用新型的光纖激光熔覆設(shè)備具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)電光轉(zhuǎn)換效率高；(2)金屬對激光吸收率高；(3)稀釋率水平可控；(4)減小熱變形和熱影響區(qū)范圍的局部加熱；
(5)熔覆形狀在一定范圍內(nèi)可控；(6)表面光潔性好；(7)維護(hù)和操作費(fèi)用低；(8)設(shè)備輕巧緊湊，便于移動；(9)易于實(shí)現(xiàn)自動化。
`[0031]以上實(shí)施例示例性地示出了本實(shí)用新型的光纖激光熔覆設(shè)備，但是本實(shí)用新型的范圍不限于此，本實(shí)用新型的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求1.一種光纖激光熔覆設(shè)備，其特征在于所述光纖激光熔覆設(shè)備包括光纖激光器作為激光光源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖激光熔覆設(shè)備，其特征在于所述光纖激光熔覆設(shè)備還包括: 工業(yè)機(jī)器人，對待處理的工件進(jìn)行熔覆處理； 熔覆射出頭，夾持在工業(yè)機(jī)器人的頭部； 送粉噴嘴，作為保護(hù)氣體與合金粉末的輸出端安裝在熔覆射出頭上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖激光熔覆設(shè)備，其特征在于所述光纖激光熔覆設(shè)備還包括光纖激光器的水冷機(jī)組。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖激光熔覆設(shè)備，其特征在于所述光纖激光熔覆設(shè)備還包括送粉器，所述送粉器采用氣動式送粉，用來提供熔覆用的合金粉末。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖激光熔覆設(shè)備，其特征在于所述光纖激光熔覆設(shè)備還包括機(jī)器人控制臺。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖激光熔覆設(shè)備，其特征在于所述熔覆射出頭內(nèi)設(shè)置有光束整形裝置 。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種光纖激光熔覆設(shè)備，所述光纖激光熔覆設(shè)備包括光纖激光器作為激光光源。根據(jù)本實(shí)用新型的光纖激光熔覆設(shè)備的電光轉(zhuǎn)換效率高并且金屬對激光吸收率高。
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(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者張巖, 趙琳, 王瀟, 張斌, 趙子強(qiáng), 張歡, 彭靜, 裴悅凱, 張瑞華 申請人:中國鋼研科技集團(tuán)有限公司, 新冶高科技集團(tuán)有限公司