CN110760839B

CN110760839B - 激光熔覆方法

Info

Publication number: CN110760839B
Application number: CN201911120625.0A
Authority: CN
Inventors: 韩彦龙; 路瑶; 吴志玮
Original assignee: Nanjing Huirui Photoelectric Technology Co ltd
Current assignee: Nanjing Huirui Photoelectric Technology Co ltd
Priority date: 2019-11-15
Filing date: 2019-11-15
Publication date: 2023-01-06
Anticipated expiration: 2039-11-15
Also published as: CN110760839A

Abstract

本发明提供了一种激光熔覆方法，用于强化刀盘的刃口，所述激光熔覆方法包括：清洗刀盘以去除刃口表面的油污，其中，所述刀盘的边缘设有刃口；利用工装夹具夹持刀盘；将提前预热两个小时以上的合金粉末装入激光熔覆装置的送粉器内；利用激光熔覆装置照射出的激光熔融所述合金粉末以对所述刃口进行熔覆，并根据刃口的形状在所述刃口表面形成与所述刃口冶金结合的熔覆涂层，所述激光熔覆方法根据刃口的形状形成的熔覆涂层与金属基材结合更好，热影响区更小，耐腐蚀性能以及耐磨性能更佳；进一步的，所述激光熔覆方法可以对刀盘上指定的工作区域进行随形熔覆，极大地减少了昂贵耐磨材料的使用量。

Description

激光熔覆方法

技术领域

本发明涉及激光熔覆技术领域，特别涉及一种激光熔覆方法。

背景技术

随着纺织机械向着高精度，高效率的方向发展，对纺织机械零件(例如抓棉刀盘)的使用寿命及稳定性都提出了更高的要求。在纺织机械工业诸多的零件失效问题中，磨损和腐蚀问题尤为突出。

单纯的金属喷涂材料或者电镀材料已不能满足零件的耐磨和耐蚀要求，高温陶瓷材料由于脆性和抗温度急变性差，其应用也受到一定限制。目前在我国的纺织机械工业中应用的较为成熟的技术方案是采用热喷涂技术，在纺织机械零件表面生成陶瓷增强涂层，虽然陶瓷增强涂层有一定的金属强度和韧性，但是该陶瓷增强涂层与纺织机械零件表面的金属基材结合效果不佳，对机械零件的热影响较大，且耐磨性和耐腐蚀性一般，使得陶瓷增强涂层的使用寿命较短，这就需要频繁地定期对机械零件执行热喷涂技术，使得纺织工业需要批量停产停线维护与保养甚至维修与更换机械零件，降低了生产效率；此外，陶瓷喷涂材料价格昂贵，这变相地增加了纺织机械工业的制造成本，所以针对纺织机械具体零件，开发一种耐磨性良好且耐腐蚀性良好且满足生产效率要求的涂层刻不容缓，具有重要的社会经济意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光熔覆方法，以解决机械零件的涂层耐磨性和耐腐蚀性较差以及使用寿命较短的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种激光熔覆方法，用于强化刀盘的刃口，所述激光熔覆方法包括：

清洗刀盘以去除刃口表面的油污，其中，所述刀盘的边缘设有刃口；

利用工装夹具夹持刀盘；

将提前预热两个小时以上的合金粉末装入激光熔覆装置的送粉器内；

利用激光熔覆装置的激光熔覆头照射出的激光熔融所述合金粉末以对所述刃口进行熔覆，并根据刃口的形状在所述刃口表面形成与所述刃口冶金结合的熔覆涂层，其中，熔覆的工艺参数包括：激光功率为300w～600w，激光扫描速度为4mm/s～14mm/s，合金粉末的输送速度为3g/min～10g/min，扫描搭接率为15％～35％。

可选的，在所述激光熔覆方法中，所述激光熔覆装置包括：六轴工业机器人、转台、送粉器、激光发生器、控制器以及激光熔覆头，所述六轴工业机器人夹持所述激光熔覆头，所述六轴工业机器人和所述转台分别与所述控制器电性连接，所述六轴工业机器人设于所述转台侧，所述送粉器和所述激光发生器分别与所述六轴工业机器人相连。

可选的，在所述激光熔覆方法中，所述工装夹具设于所述转台上，所述转台转动时，所述工装夹具转动并带动夹持的所述刀盘转动。

可选的，在所述激光熔覆方法中，所述刀盘的边缘具有一定位点，在熔覆时，所述转台自转并带动所述刀盘从初始位置自转，激光熔覆装置从所述定位点开始熔覆，当所述转台旋转一周使得所述定位点返回初始位置时，激光熔覆装置熔覆完成。

可选的，在所述激光熔覆方法中，所述刀盘上的所述刃口的数量大于或者等于两个。

可选的，在所述激光熔覆方法中，各所述刃口具有一起始点和一终止点，从所述起始点至所述终止点为各刃口的熔覆轨迹，利用激光熔覆装置根据所述熔覆轨迹对所述刃口重复熔覆至少4遍以形成与所述刃口冶金结合的熔覆涂层。

可选的，在所述激光熔覆方法中，所述合金粉末的成分包括碳化钨和镍基合金，其中，所述碳化钨的重量至少占所述合金粉末总重量的60％。

可选的，在所述激光熔覆方法中，所述合金粉末的粒径为45μm～106μm。

可选的，在所述激光熔覆方法中，预热合金粉末的温度为100℃～120℃。

可选的，在所述激光熔覆方法中，对所述刃口进行熔覆并形成所述熔覆涂层之后，所述激光熔覆方法还包括：

对所述熔覆涂层的技术指标进行验收，当所述熔覆涂层的技术指标验收合格时，激光熔覆作业结束；当所述熔覆涂层的技术指标验收不合格时，对所述刀盘作报废处理。

可选的，在所述激光熔覆方法中，所述熔覆涂层的技术指标包括：熔覆涂层的厚度、熔覆涂层的稀释率、碳化钨占所述熔覆涂层的体积比以及裂纹条数。

可选的，在所述激光熔覆方法中，每个所述刃口的熔覆涂层的厚度为350μm～700μm；所述熔覆涂层的稀释率为30％～40％。

综上，本发明提供一种激光熔覆方法，用于强化刀盘的刃口，所述激光熔覆方法包括：清洗刀盘以去除刃口表面的油污，其中，所述刀盘的边缘设有刃口；利用工装夹具夹持刀盘；将提前预热两个小时以上的合金粉末装入激光熔覆装置的送粉器内；利用激光熔覆装置照射出的激光熔融所述合金粉末以对所述刃口进行熔覆，并根据刃口的形状在所述刃口表面形成与所述刃口冶金结合的熔覆涂层，所述激光熔覆方法根据刃口的形状形成的熔覆涂层与金属基材结合更好，热影响区更小，耐腐蚀性能和耐磨性能更佳；进一步的，所述激光熔覆方法可以对刀盘上指定的工作区域进行随形熔覆，极大地减少了昂贵耐磨材料的使用量。

附图说明

图1是本发明实施例的激光熔覆方法流程图；

图2是本发明实施例的未进行激光熔覆的刀盘示意图；

图3是本发明实施例的激光熔覆装置示意图；

图4是本发明实施例的完成激光熔覆的刀盘示意图；

图5是本发明实施例的完成激光熔覆的刀盘局部放大示意图；

其中，附图标记说明：

100-刀盘，110-刃口，111-熔覆涂层，200-六轴工业机器人，210-转台。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的激光熔覆方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。

本发明提供一种激光熔覆方法，用于强化刀盘的刃口，参考图1，图1是本发明实施例的激光熔覆方法流程图，所述激光熔覆方法包括：

S10：清洗刀盘以去除刃口表面的油污，其中，所述刀盘的边缘设有刃口；

S20：利用工装夹具夹持刀盘；

S30：将提前预热两个小时以上的合金粉末装入激光熔覆装置的送粉器内；

S40：利用激光熔覆装置的激光熔覆头照射出的激光熔融所述合金粉末以对所述刃口进行熔覆，并根据刃口的形状在所述刃口表面形成与所述刃口冶金结合的熔覆涂层，其中，熔覆的工艺参数包括：激光功率为300w～600w，激光扫描速度为4mm/s～14mm/s，合金粉末的输送速度为3g/min～10g/min，扫描搭接率为15％～35％。

结合图2-图5，图2是本发明实施例的未进行激光熔覆的刀盘示意图，图3是本发明实施例的激光熔覆装置示意图，图4是本发明实施例的完成激光熔覆的刀盘示意图，图5是本发明实施例的完成激光熔覆的刀盘局部放大示意图，本实施例以强化纺织机械设备上的抓棉刀盘为具体的熔覆对象说明通过所述激光熔覆方法使得所述刀盘的刃口获得熔覆涂层的过程。

首先，清洗刀盘100以去除刃口110表面的油污，其中，所述刀盘100的边缘设有刃口110。具体的，所述刀盘100包括本体和设置在本体上的刀刃(刃口)，所述刀刃通常设置在本体侧边沿处，所述刀盘100上的所述刃口110的数量大于或者等于两个。如图2所示，在本实施例中，所述刀盘100的本体呈圆盘形，所述刀盘100的侧边沿上设有八个刃口110，且这八个刃口110环绕所述本体设置，所述刃口110呈鱼尾型。本发明可以采用金属除垢脱脂剂的稀释液对所述清洗所述刀盘100，本发明对清洗所述刀盘100的溶剂不作任何限定，只需要采用本领域技术人员常用的可以去除工件油污的溶剂即可。

其中，本发明请求保护的激光熔覆方法通过一种激光熔覆装置完成，如图3所示，所述激光熔覆装置包括：六轴工业机器人200、转台210、送粉器、激光发生器、控制器以及激光熔覆头，所述六轴工业机器人夹持所述激光熔覆头，所述六轴工业机器人200和所述转台210分别与所述控制器电性连接，所述六轴工业机器人200设于所述转台210侧，所述送粉器和所述激光发生器分别与所述六轴工业机器人200相连，其中，所述送粉器通常包括粉末容器、送粉管道和粉末喷嘴，所述粉末喷嘴通过所述送粉管道与所述粉末容器相连，所述粉末喷嘴通常设置在所述激光熔覆头中以使粉末喷嘴喷射出的合金粉末与激光熔覆头照射出的激光同轴。本实施例采用光纤耦合半导体激光发生器作为能量源，该激光发生器输出稳定且输出的能量分布均匀；所述转台210实质是两轴定位器，用于放置工装夹具和所述刀盘100，所述转台210转动能够带动所述刀盘100转动，在本实施例中，所述六轴工业机器人200在原地对转动的刀盘100进行熔覆。

然后，利用工装夹具夹持刀盘100。具体的，如图3所示，所述转台上具有一卡盘，所述工装夹具通过该卡盘固定在所述转台210上，所述工装夹具夹持并固定所述刀盘100，所述转台210转动时，所述工装夹具随之转动并带动夹持的所述刀盘100顺时针或者逆时针单向转动，从而使得所述六轴工业机器人200能够在不移动位置的情况下顺利给所述刀盘100的八个刃口110进行激光熔覆以形成与所述刃口冶金结合的熔覆涂层111，提高了所述激光熔覆装置的工作效率。

接着，将提前预热两个小时以上的合金粉末装入激光熔覆装置的送粉器内。具体的，预热合金粉末的温度为100℃～120℃。所述合金粉末的成分包括碳化钨和镍基合金，其中，所述碳化钨的重量至少占所述合金粉末总重量的60％，每颗所述合金粉末的粒径为45μm～106μm。在本实施例中，镍基合金的成分主要包括Ni、Cr、Si、B以及C等元素，合金粉末是镍基合金包裹碳化钨形成的合金颗粒，利用包含碳化钨的合金粉末作为熔覆材料，提高了后续形成的熔覆涂层111的耐腐蚀性能和耐磨性能。

最后，如图4和图5所示，利用激光熔覆装置的六轴工业机器人200照射出的激光熔融所述合金粉末以对所述刃口110进行熔覆，并根据刃口110的形状在所述刃口110表面形成与所述刃口110冶金结合的熔覆涂层111，其中，熔覆的工艺参数包括：激光功率为300w～600w，激光扫描速度为4mm/s～14mm/s，合金粉末的输送速度为3g/min～10g/min，扫描搭接率为15％～35％。具体的，所述刀盘100的边缘具有一定位点，在熔覆时，所述转台210自转并带动所述刀盘100从初始位置自转，激光熔覆装置的六轴工业机器人200从所述定位点开始对熔融所述合金粉末，熔融的合金粉末覆盖在所述刃口110的表面，当所述转台210旋转一周使得所述定位点返回初始位置时，激光熔覆装置熔覆完成。

其中，在所述刀盘100旋转一周的过程中，所述六轴工业机器人200还需要对每个所述刃口110进行熔覆，在本实施例中，所述熔覆涂层111需要覆盖整个鱼尾型的所述刃口110的侧边，对每个所述刃口110进行熔覆的方法包括：各所述刃口110具有一起始点和一终止点，从所述起始点至所述终止点为各刃口110的熔覆轨迹，利用激光熔覆装置的所述六轴工业机器人200根据所述熔覆轨迹对所述刃口110单向地重复熔覆至少4遍以形成与所述刃口110冶金结合的熔覆涂层111。其中，所述熔覆轨迹是通过所述控制器针对具体的刀盘以及刃口的形状进行编程设计形成的。所述激光熔覆方法可以根据刃口110的形状形成的熔覆涂层与刃口的金属基材结合更好，热影响区更小，耐腐蚀性能和耐磨性能更佳；进一步的，所述激光熔覆方法可以对刀盘100上指定的工作区域进行随形熔覆，极大地减少了耐磨材料(用于熔覆的合金粉末)的使用量，节省了原材料成本。

在本实施例中，所述激光熔覆头照射出的激光的光斑向所述刃口110沿高度(厚度)方向的两侧边缘均向外偏置至少半个光斑，保证所述刃口110沿高度(厚度)方向的表面以及两侧边角完全被所述熔覆涂层111包覆，从而保证形成的所述熔覆涂层111能够有效地保护所述刃口110，提高了所述刃口110的耐腐蚀性和耐磨性，从而提高了所述刀盘100的可靠性以及使用寿命。

在本实施例中，在形成合格的熔覆涂层111之后，所述转台210反向旋转至本次熔覆作业的初始位置，这样可以消除下一次熔覆工艺的位置重复精度的累积误差。

进一步的，对所述刃口110进行熔覆并形成所述熔覆涂层111之后，所述激光熔覆方法还包括：对所述熔覆涂层111的技术指标进行验收。具体的，所述熔覆涂层的技术指标包括：熔覆涂层111的厚度、熔覆涂层111的稀释率、碳化钨占所述熔覆涂层111的体积比以及裂纹条数。在本实施例中，所述刃口110的材质(基材)通常是铁，所述熔覆涂层111的技术指标中的稀释率指的是所述刃口110与所述熔覆涂层111的结合处的铁占该结合处的总合金(铁、镍基合金以及碳化钨的混合)的比重，其中，对所述熔覆涂层111的技术指标进行验收，当所述熔覆涂层111的技术指标验收合格时，激光熔覆作业结束；当所述熔覆涂层111的技术指标验收不合格时，对所述刀盘作报废处理。在本实施例中，合格的所述刃口110的熔覆涂层111的厚度通常为350μm～700μm；合格的所述刃口110的熔覆涂层111的稀释率为30％～40％，其中，稀释率可以理解为熔覆材料(合金粉末)和基材冶金结合的这部分的重量占整个熔覆涂层总重的比例；合格的所述刃口110的熔覆涂层111中，所述碳化钨占所述熔覆涂层111的体积比介于15％～30％；合格的所述熔覆涂层111的裂纹条数在每间隔5mm宽度的所述熔覆涂层上小于或者等于一条。发明人通过对本申请的激光熔覆方法多次试验发现，利用本申请的激光熔覆方法在所述刃口110表面形成与所述刃口110冶金结合的熔覆涂层111的良品率大于或者等于98％。

综上，本发明提供一种激光熔覆方法，用于强化刀盘的刃口，所述激光熔覆方法包括：清洗刀盘以去除刃口表面的油污，其中，所述刀盘的边缘设有刃口；利用工装夹具夹持刀盘；将提前预热两个小时以上的合金粉末装入激光熔覆装置的送粉器内；利用激光熔覆装置的六轴工业机器人照射出的激光熔融所述合金粉末以对所述刃口进行熔覆，并根据刃口的形状在所述刃口表面形成与所述刃口冶金结合的熔覆涂层，所述激光熔覆方法根据刃口的形状形成的熔覆涂层与金属基材结合更好，热影响区更小，耐腐蚀性能、耐磨性能更佳；进一步的，所述激光熔覆方法可以对刀盘上指定的工作区域进行随形熔覆，极大地减少了昂贵耐磨材料的使用量。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims

1.一种激光熔覆方法，用于强化刀盘的刃口，其特征在于，所述激光熔覆方法包括：

利用工装夹具夹持刀盘；

利用激光熔覆装置的激光熔覆头照射出的激光熔融所述合金粉末以对所述刃口进行熔覆，并根据刃口的形状在所述刃口表面形成与所述刃口冶金结合的熔覆涂层，其中，熔覆的工艺参数包括：激光功率为300w～600w，激光扫描速度为4mm/s～14mm/s，合金粉末的输送速度为3g/min～10g/min，扫描搭接率为15％～35％；所述激光熔覆头照射出的激光的光斑向所述刃口沿高度方向的两侧边缘均向外偏置至少半个光斑，保证所述刃口沿高度方向的表面以及两侧边角完全被所述熔覆涂层包覆；各所述刃口具有一起始点和一终止点，从所述起始点至所述终止点为各刃口的熔覆轨迹，利用激光熔覆装置根据所述熔覆轨迹对所述刃口单向地重复熔覆至少4遍以形成与所述刃口冶金结合的熔覆涂层；所述刃口的熔覆涂层的厚度为350μm～700μm；

所述刀盘上的所述刃口的数量大于或者等于两个；所述合金粉末的成分包括碳化钨和镍基合金，其中，所述碳化钨的重量至少占所述合金粉末总重量的60％；所述合金粉末的粒径为45μm～106μm；预热合金粉末的温度为100℃～120℃；对所述刃口进行熔覆并形成所述熔覆涂层之后，所述激光熔覆方法还包括：

对所述熔覆涂层的技术指标进行验收，当所述熔覆涂层的技术指标验收合格时，激光熔覆作业结束；当所述熔覆涂层的技术指标验收不合格时，对所述刀盘作报废处理；所述熔覆涂层的技术指标包括：熔覆涂层的厚度、熔覆涂层的稀释率、碳化钨占所述熔覆涂层的体积比以及裂纹条数；所述熔覆涂层的稀释率为30％～40％。

2.根据权利要求1所述的激光熔覆方法，其特征在于，所述激光熔覆装置包括：六轴工业机器人、转台、送粉器、激光发生器、控制器以及激光熔覆头，所述六轴工业机器人夹持所述激光熔覆头，所述六轴工业机器人和所述转台分别与所述控制器电性连接，所述六轴工业机器人设于所述转台侧，所述送粉器和所述激光发生器分别与所述六轴工业机器人相连。

3.根据权利要求2所述的激光熔覆方法，其特征在于，所述工装夹具设于所述转台上，所述转台转动时，所述工装夹具转动并带动夹持的所述刀盘转动。