CN104451670B - 一种激光熔覆时常温制氮防氧化的实验系统 - Google Patents

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Abstract

一种激光熔覆时常温制氮防氧化的实验系统。其由常温制氮机和防氧化实验箱两部分组成，其中常温制氮机包括进气管、氮氧分离罐、出气管、玻璃盒和气阀开关；防氧化实验箱包括输气管、石英板、箱体、空心金属底座和两个小底座。本发明提供的激光熔覆时常温制氮防氧化的实验系统能够实现在进行激光熔覆时，利用从空气中分离出来的氮气，来充入防氧化实验箱中保护基体和熔覆层不会被氧化。同时，可以保护科研人员和仪器近距离观察和检测激光熔覆过程中的一些变化，从而有助于更进一步研究激光熔覆。本实验系统还具有结构设计科学合理、使用简单、节能环保等优点。

Description

一种激光熔覆时常温制氮防氧化的实验系统
技术领域
本发明属于机械设备技术领域，特别是涉及一种激光熔覆时常温制氮防氧化的实验系统。
背景技术
目前，激光熔覆已经逐步应用于工业生产中，与其他热喷涂技术相比，其具有节省材料，熔覆层致密均匀，与基体结合度高，热影响区域小，范围浅，加工精度高等优点，已经逐渐成为相关研究的热点。但是在激光熔覆的过程中，由于高能激光束将基体表面材料和待熔覆材料都融化了，从而导致基体材料和熔覆层很容易被空气中的氧气氧化，结果导致熔覆层整体质量下降。同时，由于激光熔覆的过程中可能会有一些高温金属颗粒的溅射，因此科研人员和仪器在实时观察和检测激光熔覆的过程时，存在被溅射到的风险。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种激光熔覆时常温制氮防氧化的实验系统。
为了达到上述目的，本发明提供的激光熔覆时常温制氮防氧化的实验系统由常温制氮机和防氧化实验箱两部分组成，其中常温制氮机包括进气管、氮氧分离罐、出气管、玻璃盒和气阀开关；防氧化实验箱包括输气管、石英板、箱体、空心金属底座和两个小底座；所述的氮氧分离罐内装有能够吸附氧分子的碳分子筛；进气管和出气管的一端分别连接在氮氧分离罐的下部和上部，出气管的另一端连接在玻璃盒的侧面上，玻璃盒的内部用于放置氧含量指示剂；箱体是由合金底板和五块有机玻璃板构成的长方体形结构，其中相邻有机玻璃板的边缘或有机玻璃板和合金底板的边缘之间用多个螺丝相互连接，并且顶面有机玻璃板的中部形成有一个激光通过窗，同时侧面有机玻璃板下部形成有出气孔；石英板覆盖在激光通过窗处；输气管的一端连接在玻璃盒上与出气管连接端相对的侧面上，输气管的另一端连接在侧面有机玻璃板上部；空心金属底座设置在箱体底面中部，其上用于放置待熔覆样件；两个小底座设置在空心金属底座外侧的箱体底面上，其上放置有氧含量指示剂；气阀开关安装在输气管上。
所述的空心金属底座的高度大于小底座的高度。
所述的激光熔覆时常温制氮防氧化的实验系统还包括一个与氮氧分离罐的底部连接在一起的底座，用于保持氮氧分离罐的稳定。
所述的出气孔为两个，分别设置在箱体上两个相对的侧面有机玻璃板上。
所述的输气管为Y字形三通管，一端连接在玻璃盒上，另两端分别连接在箱体上两个相对的侧面有机玻璃板上。
本发明提供的激光熔覆时常温制氮防氧化的实验系统能够实现在进行激光熔覆时，利用从空气中分离出来的氮气，来充入防氧化实验箱中保护基体和熔覆层不会被氧化。同时，可以保护科研人员和仪器近距离观察和检测激光熔覆中的一些变化，从而有助于更进一步研究激光。本系统还具有结构设计科学合理、使用简单、节能环保等优点。
附图说明
图1为本发明提供的激光熔覆时常温制氮防氧化的实验系统的结构立体图。
图2为本发明提供的激光熔覆时常温制氮防氧化的实验系统的俯视图。
图3本发明提供的激光熔覆时常温制氮防氧化的实验系统中常温制氮机结构示意图。
图4本发明提供的激光熔覆时常温制氮防氧化的实验系统中防氧化实验箱结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的激光熔覆时常温制氮防氧化的实验系统进行详细说明。
如图1—图4所示，本发明提供的激光熔覆时常温制氮防氧化的实验系统由常温制氮机和防氧化实验箱两部分组成，其中常温制氮机包括进气管1、氮氧分离罐2、出气管3、玻璃盒4和气阀开关5；防氧化实验箱包括输气管6、石英板7、箱体、空心金属底座10和两个小底座11；所述的氮氧分离罐2内装有能够吸附氧分子的碳分子筛；进气管1和出气管3的一端分别连接在氮氧分离罐2的下部和上部，出气管3的另一端连接在玻璃盒4的侧面上，玻璃盒4的内部用于放置氧含量指示剂；箱体是由合金底板13和五块有机玻璃板8构成的立方体形结构，其中相邻有机玻璃板8的边缘或有机玻璃板8和合金底板13的边缘之间用多个螺丝12相互连接，并且顶面有机玻璃板8的中部形成有一个激光通过窗，同时侧面有机玻璃板8下部形成有出气孔14；石英板7覆盖在激光通过窗处；输气管6的一端连接在玻璃盒4上与出气管3连接端相对的侧面上，输气管6的另一端连接在侧面有机玻璃板8上部；空心金属底座10设置在箱体底面中部，其上用于放置待熔覆样件9；两个小底座11设置在空心金属底座10外侧的箱体底面上，其上放置有氧含量指示剂；气阀开关5安装在输气管6上。
所述的空心金属底座10的高度大于小底座11的高度。
所述的激光熔覆时常温制氮防氧化的实验系统还包括一个与氮氧分离罐2的底部连接在一起的底座，用于保持氮氧分离罐2的稳定。
所述的出气孔14为两个，分别设置在箱体上两个相对的侧面有机玻璃板8上。
所述的输气管6为Y字形三通管，一端连接在玻璃盒4上，另两端分别连接在箱体上两个相对的侧面有机玻璃板8上。
现将本发明提供的激光熔覆时常温制氮防氧化的实验系统使用方法阐述如下：在进行预置料的激光熔覆之前，首先由工作人员将顶面有机玻璃板8四边的螺丝12拧开，然后将粉末状待熔覆材料放入箱体中，并将待熔覆样件9放置在空心金属底座10上端，同时将氧含量指示剂放在两个小底座11上，之后盖上顶面有机玻璃板8并拧上螺丝12。之后在玻璃盒4中放入氧含量指示剂，然后将气阀开关5置于关闭位置，将真空抽气机接在进气管1上，启动真空抽气机而将氮氧分离罐2中抽成真空状态。接下来，将空气压缩机的出气管与进气管1相连接，打开气阀开关5，同时启动空气压缩机开始向氮氧分离罐2中通入压缩空气。进入氮氧分离罐2中的压缩空气将由碳分子筛分离出浓度非常高的氮气，然后沿出气管3、玻璃盒4和输气管6进入箱体内，同时通过出气孔14排出箱体内的空气。此时，由于玻璃盒4中通入的氮气中氧含量很低，因此其内的氧含量指示剂呈红色，而由于箱体中的空气较多，氧含量较高，所以小底座11上的氧含量指示剂仍呈蓝色。随着氮气的不断通入，当箱体内的氧含量指示剂开始变为红色时，即可通过石英板7将激光束照射在待熔覆样件9上而开始进行激光熔覆。当玻璃盒4中的氧含量指示剂开始变蓝时，说明氮氧分离罐2内氮气中的氧含量已达到一定量，这时的氮气已经不适合作为防氧化保护气体继续使用了，同时说明此时氮氧分离罐2中碳分子筛的吸附效率已经下降了，需要停止实验，将氮氧分离罐2按上述方法抽成真空，然后再继续进行实验。由于激光熔覆实验整个过程时间较短，需要的氮气量不大，因此本实验系统具有比较大的实际意义。
另外，箱体四周和顶面都是透明的有机玻璃板8，这样可以方便科研人员近距离观察激光熔覆过程，而且底面为合金底板13，其可以承受比较高的温度而不发生变形，并且耐腐蚀，使用寿命较长。由于石英板7的透射率高，吸收率很低，因此不会在激光熔覆的过程中被激光烧毁。由于氮气的密度比空气小，因此将输气管6连接在侧面有机玻璃板8上部，而将出气孔14设置在侧面有机玻璃板8下部，这样可以更快地在箱体中充满氮气，并且使氮气分布更加均匀。由于激光熔覆过程中会产生大量的热，因此在箱体中设置一个空心金属底座10来放置待熔覆样件9，这样可防止待熔覆样件9直接接触合金底板13，从而导致合金底板13出现因受热不均而发生起泡，结果影响其性能的问题。由于氮气密度大于空气密度，而且氮气是从位置较高的孔充入箱体内的，并从箱体上部逐渐扩散到下部，当小底座11上的氧含量指示剂开始变色时，说明位置较高的待熔覆样件9周围的氧气含量已经很低了，可以开始进行激光熔覆。此外，由于箱体整体封闭，因此有助于收集激光熔覆后的废料。
虽然已经结合具体实施例对本发明进行了描述，然而可以理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进或替换。尤其是，只要不存在结构上的冲突，各实施例中的特征均可相互结合起来，所形成的组合式特征仍属于本发明的范围内。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (5)

1.一种激光熔覆时常温制氮防氧化的实验系统，其特征在于：其由常温制氮机和防氧化实验箱两部分组成，其中常温制氮机包括进气管(1)、氮氧分离罐(2)、出气管(3)、玻璃盒(4)和气阀开关(5)；防氧化实验箱包括输气管(6)、石英板(7)、箱体、空心金属底座(10)和两个小底座(11)；所述的氮氧分离罐(2)内装有能够吸附氧分子的碳分子筛；进气管(1)和出气管(3)的一端分别连接在氮氧分离罐(2)的下部和上部，出气管(3)的另一端连接在玻璃盒(4)的侧面上，玻璃盒(4)的内部用于放置氧含量指示剂；箱体是由合金底板(13)和五块有机玻璃板(8)构成的长方体形结构，其中相邻有机玻璃板(8)的边缘或有机玻璃板(8)和合金底板(13)的边缘之间用多个螺丝(12)相互连接，并且顶面有机玻璃板(8)的中部形成有一个激光通过窗，同时侧面有机玻璃板(8)下部形成有出气孔(14)；石英板(7)覆盖在激光通过窗处；输气管(6)的一端连接在玻璃盒(4)上与出气管(3)连接端相对的侧面上，输气管(6)的另一端连接在侧面有机玻璃板(8)上部；空心金属底座(10)放置在箱体底面中部，其上用于放置待熔覆样件(9)；两个小底座(11)放置在空心金属底座(10)外侧的箱体底面上，其上放置有氧含量指示剂；气阀开关(5)安装在输气管(6)上。
2.根据权利要求1所述的激光熔覆时常温制氮防氧化的实验系统，其特征在于：所述的空心金属底座(10)的高度大于小底座(11)的高度。
3.根据权利要求1所述的激光熔覆时常温制氮防氧化的实验系统，其特征在于：所述的激光熔覆时常温制氮防氧化的实验系统还包括一个与氮氧分离罐(2)的底部连接在一起的底座，用于保持氮氧分离罐的稳定。
4.根据权利要求1所述的激光熔覆时常温制氮防氧化的实验系统，其特征在于：所述的出气孔(14)为两个，分别设置在箱体上两个相对的侧面有机玻璃板(8)上。
5.根据权利要求1所述的激光熔覆时常温制氮防氧化的实验系统，其特征在于：所述的输气管(6)为Y字形三通管，一端连接在玻璃盒(4)上，另两端分别连接在箱体上两个相对的侧面有机玻璃板(8)上。
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