CN110158076B - 应用于激光熔覆中的激光断丝方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种应用于激光熔覆中的激光断丝方法，包括以下步骤：S1、提供工件、丝材和激光熔覆装置，工件具有加工面，在加工面上进行激光熔覆，在熔覆过程中，采用负离焦量进行加工，具有位于加工面下方的焦点；S2、待一道熔覆层完成后，此时激光熔覆装置的喷头与熔覆层之间具有粘附的丝材，关闭激光熔覆装置的送丝运动；S3、将激光熔覆装置的喷头向远离加工面的方向移动，直至焦点位于加工面；S4、保持激光熔覆装置继续出光一定加载时间，直至完成断丝。该激光断丝方法采用工件对丝材的拉力和丝材的受热共同作用实现断丝，无需采用额外的装置，且仅需1～1.5s即可完成断丝，具有高效、低成本、高精度的特点，对同轴送丝激光熔覆的发展具有积极的影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用于激光熔覆中的激光断丝方法，属于激光熔覆技术领域。
背景技术
激光同轴送丝熔覆技术在整个激光3D打印行业中具有极大的应用潜力。相较于常见的粉材，丝材具有材料利用率达到100％，环境污染小，熔覆效率高，适用恶劣工况等优势。其次，同轴送丝由于光丝同轴使得加工过程中丝材在圆周方向均匀受热，相较侧向送丝的单边受热，形成的熔池对流更充分，熔道更为饱满平整，在三维成形中更具优势。
由于连续的激光熔覆产生的热积累和热应力非常大。实际多层熔覆过程中常将需要停光冷却，或者改变扫描策略，例如往复式扫描或者是同向扫描。熔覆完毕时丝材是和基材是粘附在一起的，故需要进行断丝处理。目前同轴送丝熔覆还没有公布有效的断丝方法。中国专利CN201110345381.3在激光焊接中提出一种激光断丝方法，但上述方法每次断丝需要将光头移到加工面外，送丝机持续送丝，直到运动到加工面外侧才停止，激光器发生断丝。上述方法的弊端在于每次断丝都要移出加工面影响加工效率，并且焊接结束处有丝材残留，当进行三维成形时易造成焊料堆积，影响成形精度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应用于激光熔覆中的高效、低成本、高精度的激光断丝方法。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种应用于激光熔覆中的激光断丝方法，包括以下步骤：
S1、提供工件、丝材和激光熔覆装置，所述工件具有加工面，在所述加工面上进行激光熔覆，在熔覆过程中，采用负离焦量进行加工，具有位于所述加工面下方的焦点；
S2、待一道熔覆层完成后，此时所述激光熔覆装置的喷头与熔覆层之间具有粘附的丝材，关闭所述激光熔覆装置的送丝运动；
S3、将所述激光熔覆装置的喷头向远离所述加工面的方向移动，直至所述焦点位于所述加工面；
S4、保持所述激光熔覆装置继续出光一定加载时间，直至完成断丝。
进一步地，步骤S3中，将所述激光熔覆装置的喷头沿所述加工面的法线方向向远离所述加工面的方向移动。
进一步地，步骤S2至S4中，保证所述激光熔覆装置出光不断。
进一步地，所述加载时间的量纲级别为0.1s。
进一步地，所述负离焦量的值为1.5～5mm。
进一步地，步骤S3中，所述喷头的移动速度为2～10mm/s。
进一步地，所述激光熔覆为同轴送丝激光熔覆。
进一步地，所述激光断丝方法依靠所述工件对丝材的拉力以及所述激光熔覆装置的热作用完成。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明的应用于激光熔覆中的激光断丝方法采用工件对丝材的拉力和丝材的受热共同作用实现断丝，无需采用额外的装置，且仅需1～1.5s即可完成断丝，具有高效、低成本、高精度的特点，对同轴送丝激光熔覆的发展具有积极的影响。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1为本发明所示的应用于激光熔覆中的激光断丝方法的原理图；
图2为本发明所示的应用于激光熔覆中的激光断丝方法的流程步骤图；
图3和图4为本发明一实施例所示的应用于激光熔覆中的激光断丝方法中的实验图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
请参见图1，由于光内同轴送丝一般采用负离焦量加工(负离焦量f)，为便于说明，假设工件的加工面为平面，加工平面可用图中的D1表示，且具有位于该加工平面D1下面的焦点平面D2，激光熔覆过程中，激光熔覆装置的焦点位于焦点平面D2上。当一道熔覆层熔覆完成后，若不进行断丝处理，丝材会粘附在熔覆层上。当然，在其他实施例中，加工面不一定为平面，
请参见图2，本发明所示的应用于激光熔覆中的激光断丝方法包括以下步骤：
S1、提供工件、丝材和激光熔覆装置，所述工件具有加工面，在所述加工面上进行激光熔覆，在熔覆过程中，采用负离焦量进行加工，具有位于所述加工面下方的焦点；
S2、待一道熔覆层完成后，此时所述激光熔覆装置的喷头与熔覆层之间具有粘附的丝材，关闭所述激光熔覆装置的送丝运动；
S3、将所述激光熔覆装置的喷头向远离所述加工面的方向移动，直至所述焦点位于所述加工面，优选的，所述喷头的移动速度为2～10mm/s。；
S4、保持所述激光熔覆装置继续出光一定加载时间，依靠所述工件对丝材的拉力以及所述激光熔覆装置的热作用直至完成断丝。
优选的，步骤S3中，将所述激光熔覆装置的喷头沿所述加工面的法线方向向远离所述加工面的方向移动，以保证粘附的丝材不会粘附偏移至旁边，避免增加丝材与工件之间的粘附面积，且沿加工面的法线方向移动所需的时间更短，有利于提高效率。
优选的，步骤S2至S4中，保证所述激光熔覆装置出光不断；当然，在其他实施例中也可采用熔覆结束后，先送丝装置停丝同时停光，将喷头提升至目标位置，再开光加载一段时间来实现断丝的目的。但是这样容易造成熔覆层融塌。
优选的，本发明的激光断丝方法应用于负离焦量的同轴送丝激光熔覆中，所述负离焦量的值为1.5～5mm。现有技术中的激光钎焊虽然也能实现断丝，但是由于其和同轴送丝激光熔覆相比，无论是光路设计，还是光丝位置都具有显著性差异，因而无法用激光钎焊的激光断丝方法解决同轴送丝问题。
本发明中，对于不同丝径的丝材在不同激光功率和离焦量下所需加载时间是不同的，该加载时间可简单通过实验测得，一般所述加载时间的量纲级别为 0.1s。
下面将结合具体实施例进行说明。
本实施例中，丝材为FRN-ER50-6焊丝，丝径为1.2mm。
具体的，请参见图3和图4，待一道熔覆层完成加工后，关闭激光熔覆装置中的送丝机电机，停止送丝，此时激光熔覆装置中的激光器仍在工作出光。然后将喷头向上提升至其焦点处与加工面上，(提升速度为6mm/s，提升量是加工离焦量为3mm，提升段用时约0.5s)，并在1500W功率下激光加载0.1秒后关闭激光器，完成断丝。实验结束后，测得喷头伸出丝的长度和初始加工时的长度基本保持一致，且误差达到0.5mm以内。
综上所述：本发明的应用于激光熔覆中的激光断丝方法采用工件对丝材的拉力和丝材的受热共同作用实现断丝，无需采用额外的装置，且仅需1～1.5s即可完成断丝，具有高效、低成本、高精度的特点，对同轴送丝激光熔覆的发展具有积极的影响。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种应用于激光熔覆中的激光断丝方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、提供工件、丝材和激光熔覆装置，所述工件具有加工面，在所述加工面上进行激光熔覆，在熔覆过程中，采用负离焦量进行加工，具有位于所述加工面下方的焦点；
S2、待一道熔覆层完成后，此时所述激光熔覆装置的喷头与熔覆层之间具有粘附的丝材，关闭所述激光熔覆装置的送丝运动；
S3、将所述激光熔覆装置的喷头向远离所述加工面的方向移动，直至所述焦点位于所述加工面；
S4、保持所述激光熔覆装置继续出光一定加载时间，直至完成断丝。
2.如权利要求1所述的应用于激光熔覆中的激光断丝方法，其特征在于，步骤S3中，将所述激光熔覆装置的喷头沿所述加工面的法线方向向远离所述加工面的方向移动。
3.如权利要求2所述的应用于激光熔覆中的激光断丝方法，其特征在于，步骤S2至S4中，保证所述激光熔覆装置出光不断。
4.如权利要求2所述的应用于激光熔覆中的激光断丝方法，其特征在于，所述加载时间的量纲级别为0.1s。
5.如权利要求1所述的应用于激光熔覆中的激光断丝方法，其特征在于，所述负离焦量的值为1.5～5mm。
6.如权利要求1所述的应用于激光熔覆中的激光断丝方法，其特征在于，步骤S3中，所述喷头的移动速度为2～10mm/s。
7.如权利要求1所述的应用于激光熔覆中的激光断丝方法，其特征在于，所述激光熔覆为同轴送丝激光熔覆。
8.如权利要求1所述的应用于激光熔覆中的激光断丝方法，其特征在于，所述激光断丝方法依靠所述工件对丝材的拉力以及所述激光熔覆装置的热作用完成。
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