CN108359974A - 一种平板工件预置粉激光熔覆的粉末厚度控制法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种用于控制平板工件预置粉激光熔覆的粉末厚度的压板及方法，通过制作一个简易压板，结合千分尺测量，使得预置粉末厚度和熔覆层的厚度均可以通过压板厚度、工件厚度及工件与压板的表观厚度间接测量出来，从而可以实现多次预置粉操作并保证厚度可测可控。该方法同时具有压实粉末、增加粉末紧实度的有益效果。

Description

一种平板工件预置粉激光熔覆的粉末厚度控制法

技术领域

本发明属于表面再制造工程技术领域，涉及一种用于控制平板工件预置粉激光熔覆的粉末厚度的装置及方法。

背景技术

激光熔覆是当前研究较多的一种表面工程技术。该技术主要是通过往工件表面熔覆一层高性能合金，从而达到增强工件耐磨性、耐腐蚀性等性能，延长使用寿命的目的。通过多次累加熔覆，熔覆层的厚度可以达到1毫米甚至若干毫米。

一般来说，激光熔覆设备均带有同步送粉装置。通过同步送粉装置，可以通过保护气体将粉末送到工件表面，同时激光同步照射在工件表面上，实现“边送粉、边熔覆”的效果。其原理如图1所示。值得一提的是，同步送粉对合金粉末的粒度、球化率均有严格的要求，否则容易堵塞通道，造成同步送粉无法进行。有些合金粉末，由于自身特性的原因，无法获得适合激光熔覆的粒度及球化率，因此，不适合同步送粉。

对于上述不适合同步送粉的合金粉末，一般采用预置粉(其含义为预先将合金粉末置放在工件表面)的方法进行激光熔覆。其实际操作为将粉末平铺在工件表面，然后采用激光按照一定的前进速度逐步照射的方式，实现工件表面激光熔覆的目的。其原理示意图如图2所示。

在预置粉激光熔覆中，预置粉的厚度不能过厚，否则容易导致激光熔覆不充分，影响合金熔化。熔覆厚度与激光器功率有很大关系，以2kW激光器为例，其预置粉厚度一般以0.5mm左右为宜。但是在预置粉的过程中，如何保证粉末的厚度可控(比如控制在0.5mm左右)，是一个需要解决的问题。因为厚度较小，如果仅仅用眼睛观察，则无法保证精度，另外由于是比较细的粉末，摊涂均匀性也无法保证，因此用尺子卡量也难以实现。

以上述问题为背景，本发明介绍一种针对平板工件的预置粉厚度控制法，该方法同时具有压实粉末、增加粉末紧实度的有益效果。

发明内容

本发明的目的是解决上述现有技术问题，提供一种控制平板工件预置粉激光熔覆粉末厚度的装置及方法，通过制作一种带有可调长度限位杆(蝶形螺钉)的压板工具，实现对平板工件预置粉厚度的快速简易控制。

本发明技术方案是这样得以实现的：

本发明首先提供了一种用于控制平板工件预置粉激光熔覆粉末厚度的压板，其特征在于：所述压板主要由一块表面经过抛光的钢板组成，所述钢板的四角分别设置有一个通孔，采用蝶形螺钉与通孔匹配；通过手工操作所述蝶形螺钉，螺钉在钢板下表面伸出一定长度，利用所述一定长度控制预置粉激光熔覆粉末厚度。

本发明还提供了一种平板工件预置粉激光熔覆方法，其特征在于包括如下步骤：

第一步：制作压板，并测量压板厚度hy及工件厚度hg；

所述压板主要由一块经过抛光的钢板组成，所述钢板的四角分别设置有一个通孔，采用蝶形螺钉与通孔匹配；

第二步：将压板放在工件上，调整压板四角的蝶形螺钉，测量调整过程中压板与工件的总表观厚度H，压板与工件的总表观厚度表示压板上表面与工件下表面的距离，则有工件与压板间距δ＝H-(hy+hg)；

第三步：当δ达到目标单次熔覆厚度时停止调整蝶形螺钉；

第四步：在调节好工件与压板间距之后，拿开压板，将粉末相对均匀铺设在工件表面，为了保证预置粉的厚度，铺设厚度大于目标单次熔覆厚度；随后将压板再次压在工件上，轻轻旋转压板，通过压力将多余的预置粉压除，直至螺钉接触到工件；

第五步：拿开压板，进行激光熔覆。

当需要多次熔覆时，本发明进一步包括以下步骤：

第六步：将压板上的蝶形螺钉回抽，并将压板压在工件上，此时由于熔覆层的自然支撑，压板与工件之间有一个距离，该距离即为熔覆层厚度，这里设为δ_R，由于δ_R不容易直接测量，仍然采用间接测量的方式进行，设此时压板与工件总表观距离为H_R，则有δ_R＝H_R-(hy+hg)；

第七步：判断δ_R是否达到目标总熔覆厚度，如果不满足，进入第八步，否则进入第十步；

第八步：再次调整压板四角的蝶形螺钉，测量再次调整过程中压板与工件的总表观厚度H’，当H’＝H_R+δ’，此处δ’为新的目标单次熔覆厚度，表明压板与工件间距离达到(δ’+δ_R)，蝶形螺钉已经到位，此时终止操作蝶形螺钉；

第九步：重复第四步～第七步，直到预置粉熔覆厚度达到目标总熔覆厚度；

第十步：终止熔覆流程。

本发明通过制作一个简易压板，结合千分尺测量，使得预置粉末厚度和熔覆层的厚度均可以通过压板厚度、工件厚度及工件与压板的总表观厚度间接测量出来，从而可以实现多次预置粉操作并保证厚度可测可控。本发明方法快速简单，同时具有压实粉末、增加粉末紧实度的有益效果。

附图说明

图1是激光熔覆同步送粉示意图；

图2是预置粉激光熔覆示意图；

图3是带有可调长度限位杆的压板工具示意图；

图4是预置粉厚度的确定及操作；

图5是预置粉厚度的确定及操作；

图6是再次铺设预置粉的操作及厚度控制法；

图7是本发明的总体操作流程图。

具体实施方式

本发明具体实施步骤如下：

1.带有可调长度限位杆的压板工具的制作

如图3所示为本发明中所用的带有可调长度限位杆的压板工具示意图。该工具主体为表面经过抛光的一块钢板，四角设置通孔，采用蝶形螺钉与通孔匹配，充当限位杆的功能。通过手工操作蝶形螺钉，使得螺钉在下表面伸出部分长度，通过该长度即可以控制预置粉厚度。后续各步均以该工具为基础。

2.初次铺设预置粉的操作

在工件第一次预置金属粉末前，首先通过千分尺测量压板厚度尺寸和工件厚度尺寸，分别设为hy和hg，随后将压板压在工件上，调整四角的蝶形螺钉，采用千分尺测量压板与工件总表观厚度(本发明中所提表观厚度均为压板上表面与工件下表面的距离)，设为H，如图4所示。设工件与压板间距为δ，则由图4可知，有式(1)成立，

δ＝H-(hy+hg) (1)

因此，通过调节压板四角蝶形螺钉的旋转，可以调节压板与工件间的距离δ，使之达到预置粉厚度即可。比如上述2kW激光器，其一次最大可熔覆厚度为0.5mm，则我们调节压板四角蝶形螺钉，使四角处δ均为0.5mm即可。

在调节好δ之后，打开压板与工件，将粉末相对均匀铺在工件表面(为了保证预置粉的厚度，铺设厚度要大于δ)，随后将压板再次压在工件上，轻轻旋转压板，通过压力将多余的金属粉压除通过四周散落，直至蝶形螺钉限位杆接触到工件即可。

此处判定蝶形螺钉限位杆是否接触到工件，可以采用两种方法，可以根据精度需要自行选择：

方法一：采用千分尺卡量压板与工件表观厚度，如果达到了前述表观厚度H，则表明已经接触，此方法相对精确；

方法二：在四角的蝶形螺钉限位杆下方，分别放置一片A4纸片，当抽拉该A4纸片感觉到有压力的时候，即可近似认为蝶形螺钉限位杆已经接触到工件，该方法不用多次操作千分尺，操作便捷。本发明提出的通过A4纸片抽拉判断蝶形螺钉与工件的接触，在实际操作中非常便捷，可以大大加快操作的进行。

通过以上方法，即可以实现预置粉的压平及厚度控制，随后打开压板，即可以对工件上的粉末进行激光熔覆操作。

3.再次铺设预置粉并确定厚度

由于有的工件需要熔覆十毫米甚至几十毫米，因此，仅仅一次的激光熔覆是不够的。在如上所述，完成首次激光熔覆后，常常需要在已经熔覆的粉末上面，再次铺设预置粉，并再次熔覆。接下来介绍一下本发明中，再次铺设预置粉及确定铺设厚度的方法。在此值得一提的是，在上述2中，虽然铺设的预置粉的厚度为δ，但是在激光熔覆后，熔覆层的厚度并不是δ，其原因就是预置粉虽然经过压实，但是仍然存在一定的间隙和气孔，熔覆后(熔化)会变的更加紧实，因此实际厚度会变的更小。因此，再次铺设预置粉前，必须先定量测出此时熔覆层的厚度。

如图5所示，首先将压板螺丝回抽，并将压板压在工件上，此时由于熔覆层的自然支撑，压板与工件会分开一个距离，该距离即为熔覆层厚度，这里设为δ_R，由于δ_R不容易直接测量，这里仍然采用间接测量的方式进行，设此时压板与工件表观距离为H_R，则有，

δ_R＝H_R-(hy+hg) (2)

随后，如图6所示，再次拧下调整压板四角的蝶形螺钉，当压板与工件间距离为(δ’+δ_R)时(此处δ’为再次预置粉的计划厚度，即新的目标单次熔覆厚度)，则表明蝶形螺钉已经到位，此时终止操作蝶形螺钉。同样，由于压板与工件间距离不易直接测量，这里采用间接测量的方式进行，由图6容易理解，当压板与工件间距离为(δ’+δ_R)时，此时压板与工件的表观厚度H’为，

H’＝H_R+δ’ (3)

表明蝶形螺钉已经调整到位。

同样，当上述操作完成后，表明此时压板与熔覆涂层的厚度为δ’，随后打开压板，采用相似的方式，将粉末相对均匀铺在工件表面(为了保证预置粉的厚度，铺设厚度要大于δ’)，随后将压板再次压在工件上，轻轻旋转压板，通过压力将多余的金属粉通过四周散落，直至蝶形螺钉限位杆接触到工件即可。

此处判定蝶形螺钉限位杆是否接触到工件，与前述方法类似。

如果需要多次铺设预置粉，重复操作上述步骤即可，直至达到目标总熔覆厚度。

本发明平板工件预置粉激光熔覆方法的具体流程如图7所示：

第一步：制作压板，并测量压板厚度hy及工件厚度hg；

第二步：将压板放在工件上，调整压板四角的蝶形螺钉，测量调整过程中压板与工件的总表观厚度H，压板与工件的总表观厚度表示压板上表面与工件下表面的距离，则有工件与压板间距δ＝H-(hy+hg)；

第三步：当δ达到目标单次熔覆厚度(如单次熔覆0.5mm)时停止调整蝶形螺钉；

第四步：在调节好工件与压板间距之后，拿开压板，将粉末相对均匀铺设在工件表面，为了保证预置粉的厚度，铺设厚度大于目标单次熔覆厚度；随后将压板再次压在工件上，轻轻旋转压板，通过压力将多余的预置粉压除，直至螺钉接触到工件；

第五步：拿开压板，进行激光熔覆；

第六步：将压板上的蝶形螺钉回抽，并将压板压在工件上，此时由于熔覆层的自然支撑，压板与工件之间有一个距离，该距离即为熔覆层厚度，这里设为δ_R，由于δ_R不容易直接测量，仍然采用间接测量的方式进行，设此时压板与工件总表观距离为H_R，则有δ_R＝H_R-(hy+hg)；

第七步：判断δ_R是否达到目标总熔覆厚度(比如3mm)，如果不满足，进入第八步，否则进入第十步；

第八步：再次调整压板四角的蝶形螺钉，测量再次调整过程中压板与工件的总表观厚度H’，当H’＝H_R+δ’，此处δ’为新的目标单次熔覆厚度，表明压板与工件间距离达到(δ’+δ_R)，蝶形螺钉已经到位，此时终止操作蝶形螺钉；

第九步：重复第四步～第七步，直到预置粉熔覆厚度达到目标总熔覆厚度；

第十步：终止熔覆流程。

Claims (5)

1.一种用于控制平板工件预置粉激光熔覆粉末厚度的压板，其特征在于：所述压板主要由一块表面经过抛光的钢板组成，所述钢板的四角分别设置有一个通孔，采用蝶形螺钉与通孔匹配；通过手工操作所述蝶形螺钉，螺钉在钢板下表面伸出一定长度，利用所述一定长度控制预置粉激光熔覆粉末厚度。

2.一种平板工件预置粉激光熔覆方法，其特征在于包括如下步骤：

第一步：制作压板，并测量压板厚度hy及工件厚度hg；

所述压板主要由一块经过抛光的钢板组成，所述钢板的四角分别设置有一个通孔，采用蝶形螺钉与通孔匹配；

第二步：将压板放在工件上，调整压板四角的蝶形螺钉，测量调整过程中压板与工件的总表观厚度H，压板与工件的总表观厚度表示压板上表面与工件下表面的距离，则有工件与压板间距δ＝H-(hy+hg)；

第三步：当δ达到目标单次熔覆厚度时停止调整蝶形螺钉；

第四步：在调节好工件与压板间距之后，拿开压板，将粉末相对均匀铺设在工件表面，为了保证预置粉的厚度，铺设厚度大于目标单次熔覆厚度；随后将压板再次压在工件上，轻轻旋转压板，通过压力将多余的预置粉压除，直至螺钉接触到工件；

第五步：拿开压板，进行激光熔覆。

3.如权利要求2所述的平板工件预置粉激光熔覆方法，其特征在于还包括如下步骤：

第六步：将压板上的蝶形螺钉回抽，并将压板压在工件上，此时由于熔覆层的自然支撑，压板与工件之间有一个距离，该距离即为熔覆层厚度，设为δ_R，由于δ_R不容易直接测量，仍然采用间接测量的方式进行，设此时压板与工件总表观距离为H_R，则有δ_R＝H_R-(hy+hg)；

第七步：判断δ_R是否达到目标总熔覆厚度，如果不满足，进入第八步，否则进入第十步；

第八步：再次调整压板四角的蝶形螺钉，测量再次调整过程中压板与工件的总表观厚度H’，当H’＝H_R+δ’，此处δ’为新的目标单次熔覆厚度，表明压板与工件间距离达到(δ’+δ_R)，蝶形螺钉已经到位，此时终止操作蝶形螺钉；

第九步：重复第四步～第七步，直到预置粉熔覆厚度达到目标总熔覆厚度；

第十步：终止熔覆流程。

4.如权利要求2或3所述的平板工件预置粉激光熔覆方法，其特征在于第四步，采用如下方法判断螺钉是否接触到工件：

采用千分尺卡量压板与工件总表观厚度，如果达到了目标总表观厚度，则表明已经接触。

5.如权利要求2或3所述的平板工件预置粉激光熔覆方法，其特征在于第四步，采用如下方法判断螺钉是否接触到工件：

在四角的蝶形螺钉下方，分别放置一片纸片，当抽拉该纸片感觉到有压力的时候，即近似认为蝶形螺钉已经接触到工件。