CN109989062A - 一种激光熔覆装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光熔覆装置，包括光产生部、添料部和振动产生部，添料部用于向工件表面添加涂覆材料，光产生部用于向工件表面发射激光，对工件表面进行熔覆加工，振动产生部与工件连接，用于驱动工件产生均匀振动。本激光熔覆装置通过在加工过程中驱动工件均匀振动，能够使得涂覆材料分布更均匀，并且能够加快工件表面熔池内液体的流动，使熔池内温度分布更均匀，能够改善表面组织不均匀现象，改善工件表面应力分布，从而降低出现表面不平整、存在气孔、产生裂纹等情况。

Description

一种激光熔覆装置

技术领域

本发明涉及材料表面处理技术领域，特别是涉及一种激光熔覆装置。

背景技术

目前，金属材料广泛应用于机械制造领域，对金属表面进行防腐蚀、耐磨损等表面处理是必不可少的，常用的对金属材料进行表面处理的方法有电镀、热喷涂、激光熔覆等，其中激光溶覆方法在涂层结合强度上具有较大优势。

激光熔覆技术是利用激光产生的热量，在工件表面熔合一层金属或者粉末，形成与基体性能相同的表面层，具体操作方法是以不同的添料方式在基体表面放置涂层材料，经激光辐照使基体表面的涂层材料熔化，并快速凝固成与基体结合的表面层。采用激光熔覆方法对工件变形小，可以对复杂的零件进行局部加工，并且加工效率高，耗材较少，性价比较高。在航空航天、汽车、微电子、机械等领域应用较为广泛，能够解决一些传统加工中的难题。

然而，激光熔覆是一个快速熔化和凝固的过程，熔池内部存在着复杂的物理化学变化，有时在涂层中会形成气孔，甚至某些物质蒸发而产生气泡；另外在激光熔覆过程中往往会产生成分偏析带来的组织不均匀现象，以及因应力集中导致产生裂纹，这些缺陷都会在一定程度上对工件的使用寿命造成很大影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种激光熔覆装置，与现有技术相比能够改善表面组织不均匀现象以及应力分布，降低出现表面不平整、存在气孔、产生裂纹等情况。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种激光熔覆装置，包括光产生部、添料部和振动产生部，所述添料部用于向工件表面添加涂覆材料，所述光产生部用于向工件表面发射激光，对工件表面进行熔覆加工，所述振动产生部与所述工件连接，用于驱动工件产生均匀振动。

优选的，所述光产生部用于产生汇聚到第一焦点的激光束以及汇聚到第二焦点的激光束，第二焦点到所述光产生部发射面的距离大于第一焦点到所述光产生部发射面的距离。

优选的，所述光产生部包括光源、反射元件和汇聚元件，所述光源用于发出激光，所述反射元件用于将所述光源发出的激光反射到所述汇聚元件，所述汇聚元件用于将光汇聚而发射出。

优选的，所述汇聚元件具体用于将一部分光汇聚到第一焦点以及将另一部分光汇聚到第二焦点，第二焦点到所述汇聚元件的距离大于第一焦点到所述汇聚元件的距离。

优选的，所述光源发出的激光以45度入射角入射到所述反射元件，所述反射元件将光以45度出射角反射到所述汇聚元件。

优选的，还包括用于将工件罩住的罩体。

优选的，所述添料部还用于向工件表面产生用于防止工件被氧化的气体。

优选的，所述振动产生部包括相连接的换能装置和变幅装置，所述换能装置用于产生小振幅振动，所述变幅装置用于对所述换能装置产生的振动放大振动幅度并施加到工件。

优选的，还包括与所述换能装置连接的振动控制器，用于向所述换能装置发送用于控制所述换能装置产生振动的电信号。

优选的，所述添料部可在三维方向运动而向工件表面添加涂覆材料，所述光产生部可在三维方向运动而对工件表面进行熔覆加工。

由上述技术方案可知，本发明所提供的激光熔覆装置包括光产生部、添料部和振动产生部，添料部用于向工件表面添加涂覆材料，光产生部用于向工件表面发射激光，对工件表面进行熔覆加工，振动产生部用于驱动工件产生均匀振动。在对工件表面进行熔覆加工过程中，通过振动产生部驱动工件均匀振动，能够使得涂覆材料分布更均匀，并且能够加快工件表面熔池内液体的流动，使熔池内温度分布更均匀，能够改善表面组织不均匀现象，改善工件表面应力分布，从而降低出现表面不平整、存在气孔、产生裂纹等情况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种激光熔覆装置的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供的一种激光熔覆装置，包括光产生部、添料部和振动产生部，所述添料部用于向工件表面添加涂覆材料，所述光产生部用于向工件表面发射激光，对工件表面进行熔覆加工，所述振动产生部与所述工件连接，用于驱动工件产生均匀振动。

由添料部向工件表面添加涂覆材料，由光产生部向工件表面发射激光，将工件表面的涂覆材料熔化并快速凝固，在工件表面形成与工件结合的涂层，对工件表面进行熔覆加工。在对工件表面进行熔覆加工过程中，通过振动产生部驱动工件均匀振动，能够使得涂覆材料分布更均匀，并且能够加快工件表面熔池内液体的流动，使熔池内温度分布更均匀，能够改善表面组织不均匀现象，改善工件表面应力分布，从而能降低出现表面不平整、存在气孔、产生裂纹等情况。

下面结合附图和具体实施方式对本激光熔覆装置进行详细说明。请参考图1，图1为本实施例提供的一种激光熔覆装置的示意图，根据图可看出，本实施例激光熔覆装置包括光产生部10、添料部11和振动产生部。

添料部11用于向工件表面添加涂覆材料，优选的添料部11可在三维方向运动而向工件16表面添加涂覆材料，能够灵活地向工件表面输送和添加涂覆材料。

进一步优选的，本实施例激光熔覆装置还包括用于将工件16罩住的罩体15，加工时将工件放置在罩体15内，对于粉末状的涂覆材料，罩体能够防止输送的涂覆材料向周围环境飞扬，能够协助收集涂覆材料。优选的罩体采用透明罩体。

光产生部10用于向工件16表面发射激光，对工件表面进行熔覆加工。在优选实施方式中，光产生部10用于产生汇聚到第一焦点的激光束以及汇聚到第二焦点的激光束，第二焦点到光产生部10发射面的距离大于第一焦点到光产生部10发射面的距离。在对工件进行熔覆加工过程中，光产生部10发出的汇聚到第二焦点的激光束先照射到工件16表面，用于对工件表面和涂覆材料进行预加热处理。光产生部10发出的汇聚到第一焦点的激光束后照射到工件16表面，用于对工件表面进行熔覆加工。通过产生双焦点激光束对工件进行熔覆加工的方式，能够提高加工处理精度，也有助于提高加工效率。

可选的请参考图1，在一种具体实施方式中光产生部10包括光源100、反射元件101和汇聚元件102，所述光源100用于发出激光，所述反射元件101用于将所述光源100发出的激光反射到所述汇聚元件102，所述汇聚元件102用于将光汇聚而发射出。进一步具体的，可设置光源100发出的激光以45度入射角入射到所述反射元件101，所述反射元件101将光以45度出射角反射到所述汇聚元件102，能够使光路结构紧凑和简化。其中光源100可采用各种类型的激光器，反射元件101可采用反射镜，

优选的，汇聚元件102具体用于将一部分光汇聚到第一焦点以及将另一部分光汇聚到第二焦点，第二焦点到汇聚元件的距离大于第一焦点到汇聚元件的距离。光产生部10通过汇聚元件产生双焦点激光束，来对工件进行熔覆加工，能够提高加工处理精度，也有助于提高加工效率。可选的，汇聚元件102可采用双焦点透镜，双焦点透镜由两个不同曲面的透镜组成。

优选的，光产生部10可在三维方向运动而对工件16表面进行熔覆加工，能够灵活地对工件表面进行加工处理。

进一步优选的，本实施例激光熔覆装置中添料部11还用于向工件16表面产生用于防止工件被氧化的气体。对工件加工过程中向工件表面产生防止工件被氧化的气体，以避免工件表面熔化液体凝固时被氧化，能够进一步改善熔覆处理效果。具体的，气体可以是各种惰性气体，都在本发明保护范围内。

振动产生部与工件连接，用于驱动工件产生均匀振动。在一种实施方式中所述振动产生部包括相连接的换能装置13和变幅装置12，所述换能装置13用于产生小振幅振动，所述变幅装置12用于对所述换能装置13产生的振动放大振动幅度并施加到工件。将工件与变幅装置12固定连接，比如可以使用螺钉将工件连接到变幅装置上，变幅装置12能够带动工件振动。可选的变幅装置12可以是阶梯型变幅杆。

进一步，本激光熔覆装置还包括与所述换能装置13连接的振动控制器14，用于向所述换能装置13发送用于控制所述换能装置13产生振动的电信号。振动控制器14可通过导线与换能装置13连接。

本实施例激光熔覆装置采用超声振动作为辅助，以单脉冲激光实现双焦点，利用产生的双焦点分别进行不同作用的加工，使用第二焦点进行预加热处理，使用第一焦点对工件进行熔覆加工，同时使用保护气体避免熔化液体凝固结晶时发生氧化。本装置在加工过程中驱动工件均匀振动，能够使得涂覆材料分布更均匀，并且能够加快工件表面熔池内液体的流动，使熔池内温度分布更均匀，能够改善表面组织不均匀现象，改善工件表面应力分布，从而降低出现表面不平整、存在气孔、产生裂纹等情况。

以上对本发明所提供的一种激光熔覆装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种激光熔覆装置，其特征在于，包括光产生部、添料部和振动产生部，所述添料部用于向工件表面添加涂覆材料，所述光产生部用于向工件表面发射激光，对工件表面进行熔覆加工，所述振动产生部与所述工件连接，用于驱动工件产生均匀振动。

2.根据权利要求1所述的激光熔覆装置，其特征在于，所述光产生部用于产生汇聚到第一焦点的激光束以及汇聚到第二焦点的激光束，第二焦点到所述光产生部发射面的距离大于第一焦点到所述光产生部发射面的距离。

3.根据权利要求1所述的激光熔覆装置，其特征在于，所述光产生部包括光源、反射元件和汇聚元件，所述光源用于发出激光，所述反射元件用于将所述光源发出的激光反射到所述汇聚元件，所述汇聚元件用于将光汇聚而发射出。

4.根据权利要求3所述的激光熔覆装置，其特征在于，所述汇聚元件具体用于将一部分光汇聚到第一焦点以及将另一部分光汇聚到第二焦点，第二焦点到所述汇聚元件的距离大于第一焦点到所述汇聚元件的距离。

5.根据权利要求3所述的激光熔覆装置，其特征在于，所述光源发出的激光以45度入射角入射到所述反射元件，所述反射元件将光以45度出射角反射到所述汇聚元件。

6.根据权利要求1-5任一项所述的激光熔覆装置，其特征在于，还包括用于将工件罩住的罩体。

7.根据权利要求1-5任一项所述的激光熔覆装置，其特征在于，所述添料部还用于向工件表面产生用于防止工件被氧化的气体。

8.根据权利要求1所述的激光熔覆装置，其特征在于，所述振动产生部包括相连接的换能装置和变幅装置，所述换能装置用于产生小振幅振动，所述变幅装置用于对所述换能装置产生的振动放大振动幅度并施加到工件。

9.根据权利要求8所述的激光熔覆装置，其特征在于，还包括与所述换能装置连接的振动控制器，用于向所述换能装置发送用于控制所述换能装置产生振动的电信号。

10.根据权利要求1所述的激光熔覆装置，其特征在于，所述添料部可在三维方向运动而向工件表面添加涂覆材料，所述光产生部可在三维方向运动而对工件表面进行熔覆加工。