CN111139470A - 高速激光熔覆喷嘴及激光熔覆设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高速激光熔覆喷嘴，包括激光通道、第一部分及第二部分，所述激光通道用于传输一激光，所述第一部分内设有第一通道，所述第一通道用于输送第一物料，所述第一物料的运动轨迹与所述激光交汇于第一预定位置，所述第二部分内设有第二通道，所述第二通道用于输送第二物料，所述第二物料的运动轨迹与所述激光交汇于第二预定位置。通过使第一物料和第二物料与所述激光交汇于不同位置，便于区别控制所述激光对不同物料的作用，同时也避免了物料之间的相互作用，提高了熔覆层的质量。
Description
技术领域
本发明涉及激光熔覆技术领域，尤其涉及一种高速激光熔覆喷嘴及激光熔覆设备。
背景技术
激光熔覆是一种表面改性技术，通过在待熔覆工件表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使所述熔覆材料与待熔覆工件表面薄层一起熔凝，从而在待熔覆工件上形成与所述待熔覆工件表面薄层为冶金结合的熔覆层。
在激光熔覆加工工艺中，常见的工艺过程是利用汇聚的激光束熔化待熔覆工件表面以形成熔池，然后通过送料机构将熔覆材料(一般是金属粉末)汇聚后送入熔池熔化，随后冷却凝固并在待熔覆工件表面形成熔覆层。随着激光工艺的发展和应用需求的不断开拓，使得激光熔覆工艺技术不断进步。目前有一种超高速熔覆工艺，通过将熔覆材料在到达待熔覆工件前优先熔化并使其以熔融状态到达待熔覆工件表面，随后冷却凝固形成熔覆层，可以实现超薄的熔覆层以及较高的熔覆效率。但是采用该超高速熔覆工艺的过程中存在的问题是，如果处理的是双相复合熔覆材料，且两种熔覆材料的熔点差别很大时，由于是通过同一激光同时进行熔覆，其中一种熔覆材料会烧损或无法得到充分的熔融，很难得到理想的熔覆层。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高速激光熔覆喷嘴及激光熔覆设备，能够提高对复合熔覆材料的利用率，并提高熔覆工艺的质量及效果。
为了达到上述目的，本发明提供了一种高速激光熔覆喷嘴，包括：
激光通道，用于传输一激光；
第一部分，所述第一部分内设有第一通道，所述第一通道用于输送第一物料，所述第一物料的运动轨迹与所述激光交汇于第一预定位置；
第二部分，所述第二部分内设有第二通道，所述第二通道用于输送第二物料，所述第二物料的运动轨迹与所述激光交汇于第二预定位置。
可选的，所述高速激光熔覆喷嘴包括一待熔覆区，所述待熔覆区位于一待熔覆工件上，所述第一预定位置到所述待熔覆区的距离大于所述第二预定位置到所述待熔覆区的距离。
可选的，所述第一部分环绕设置于所述激光通道外，所述第二部分环绕设置于所述第一部分外，且所述第一部分与所述第二部分同轴。
可选的，所述激光通道远离所述第一预定位置的一端设有一调节组件，所述调节组件能够调节所述激光通道与所述第一部分的相对位置。
可选的，所述调节组件包括环形件及若干螺钉，所述环形件套设于所述激光通道外，且所述环形件的下表面与所述第一部分的上表面接触，所述环形件的周向上设置有若干第一螺纹孔，且所述第一部分与所述第一螺纹孔相对应的位置处设置有第二螺纹孔，所述螺钉穿过所述第一螺纹孔并伸入第二螺纹孔以使所述环形件与所述第一部分连接。
可选的，所述激光通道外还套设有一反光板，且所述反光板至少部分位于所述环形件与所述第一部分之间。
可选的，所述第一通道的一端设置有环形的第一进料腔，所述第一进料腔通过多条第一输送管道与一第一物料供应设备连接。
可选的，多条所述第一输送管道沿所述第一进料腔的周向分布。
可选的，所述第二通道的一端设置有环形的第二进料腔，所述第二进料腔通过多条第二输送管道与一第二物料供应设备连接。
可选的，多条所述第二输送管道沿所述第二进料腔的周向分布。
可选的，所述高速激光熔覆喷嘴还包括环形的水冷通道，所述水冷通道位于所述第一部分内。
可选的，所述第一物料为第一金属粉末，所述第二物料为第二金属粉末，且所述第一金属粉末与第二金属粉末的熔点不同。
基于此，本申请还提供了一种激光熔覆设备，包括机器人、激光发生器、激光头、第一物料供应设备、第二物料供应设备及所述的高速激光熔覆喷嘴，所述高速激光熔覆喷嘴设置于所述机器人的手臂上并能够跟随所述机器人的手臂进行移动，所述激光发生器通过所述激光头与所述高速激光熔覆喷嘴的激光通道连通，所述第一物料供应设备与所述高速激光熔覆喷嘴的第一通道连通，所述第二物料供应设备与所述高速激光熔覆喷嘴的第二通道连通。
在本发明提供的一种高速激光熔覆喷嘴中，包括激光通道、第一部分及第二部分，所述激光通道用于传输一激光，所述第一部分内设有第一通道，所述第一通道用于输送第一物料，所述第一物料的运动轨迹与所述激光交汇于第一预定位置，所述第二部分内设有第二通道，所述第二通道用于输送第二物料，所述第二物料的运动轨迹与所述激光交汇于第二预定位置。通过使第一物料和第二物料与所述激光交汇于不同位置，便于区别控制所述激光对不同物料的作用，同时也避免了物料之间的相互作用，提高了熔覆层的质量。
附图说明
图1为本发明实施例提供的高速激光熔覆喷嘴的立体结构示意图；
图2为本发明实施例提供的高速激光熔覆喷嘴的俯视图；
图3为图2提供的高速激光熔覆喷嘴沿A-A方向的剖面图。
其中，附图标记为：
10-激光通道；20-第一部分；30-第二部分；40-环形件；50-螺钉；60-反光板；70-水冷通道；
210-第一通道；220-第一进料腔；230-第一输送管道；310-第二通道；320-第二进料腔；330-第二输送管道；
a-第一预定位置；b-第二预定位置。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，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。
如图1-图3所示，本实施例提供了一种高速激光熔覆喷嘴，包括：
激光通道10，用于传输一激光；
第一部分20，所述第一部分20内设有第一通道210，所述第一通道210用于输送第一物料，所述第一物料的运动轨迹与所述激光交汇于第一预定位置a；
第二部分30，所述第二部分30内设有第二通道310，所述第二通道310用于输送第二物料，所述第二物料的运动轨迹与所述激光交汇于第二预定位置b。
具体的，所述高速激光熔覆喷嘴例如是用于同步式激光熔覆工艺，利用高能密度的激光束使第一物料、第二物料及待熔覆工件的表面材料同时熔化，冷却凝固后形成熔覆层。所述待熔覆工件例如是轧辊，齿轮等工件，通过在其表面形成所述熔覆层以提高其耐磨性、耐腐蚀性等特性。
本实施例中，所述激光通道10的形状为圆锥形，上宽下窄，其上端为激光的入口，一般可与激光发生装置连接以接收激光，下端为激光的出口，所述激光的运行轨迹一般与所述激光通道10的轴线重合。所述激光发生装置的功率可调节，根据熔覆物料的不同选择不同的功率进行熔覆以得到可控的熔覆层。所述激光通道10内一般会填充有保护气，主要用于在激光熔覆的熔池周围形成保护区域，减少氧化。所述保护气例如是氮气或氩气。
如图3所示，所述高速激光熔覆喷嘴包括一待熔覆区，所述待熔覆区位于一待熔覆工件上，所述第一预定位置a到所述待熔覆区的距离大于所述第二预定位置b到所述待熔覆区的距离。本实施例中，所述待熔覆区是指待熔覆工件的表面形成熔覆层的位置，由于所述第一预定位置a为所述第一物料与所述激光交汇处，所述第二预定位置b为所述第二物料与激光交汇处，通过使所述第一物料和所述第二物料与所述激光汇聚于不同位置，便于区别控制所述激光对不同物料的作用，同时也避免了物料之间的相互作用，提高了熔覆层的质量。
本实施例中，所述第一物料为第一金属粉末，所述第二物料为第二金属粉末，且所述第一金属粉末与第二金属粉末的熔点不同。所述第一金属粉末及第二金属粉末例如是镍基、钴基及铁基合金中的一种。在进行激光熔覆作业时，由于所述第一金属粉末与第二金属粉末的熔点不同，可通过调节激光的功率来提高熔覆的效果。例如，在对待熔覆工件进行激光熔覆时，可以先往所述第一部分20内注入第一物料，利用一激光进行初步熔覆，然后往所述第二部分20注入第二物料，利用另一激光进行再次熔覆，以得到可靠的熔覆层。
可选的，所述第一部分20环绕设置于所述激光通道10外，所述第二部分30环绕设置于所述第一部分20外，且所述第一部分20与所述第二部分30同轴。本实施例中，所述第一部分20与所述激光通道10为螺纹连接，所述第二部分30与所述第一部分20也为螺纹连接，当然，也可以是其他的连接方式，例如卡扣连接，本申请对此不作任何限制。
请继续参照图1及图3，所述第一通道210的一端设置有环形的第一进料腔220，所述第一进料腔210通过多条第一输送管道与一第一物料供应设备连接。本实施例中，所述第一通道210为一圆锥形，所述第一物料由位于第一通道210上方的第一进料腔220进入，并由所述第一通道的底部输出并与所述激光交汇于第一预定位置a。所述第一进料腔220位于所述激光通道10与所述第一部分20之间，所述第一进料腔220通过多条第一输送管道230与一第一物料供应设备连通，并接收第一物料。通过设置多条第一输送管道230，能够增加所述第一物料的供应量，提高激光熔覆的效率，同时使得第一物料更加的均匀，提高熔覆层的质量。本实施例中，所述第一输送管道230的数量为3条，3条所述第一输送管道230沿所述第一进料腔220的周向分布。当然，本申请对于所述第一输送通道220的数量不作任何限制，对于其分布方式也不作限制，可以是均匀分布，也可以是不均匀分布。
本实施例中，所述第一进料腔220的内壁上环绕设置有环形的若干柱状件，所述第一物料从不同第一输送管道230进入所述第一进料腔220后与所述柱状件发生碰撞，从而将第一物料进行打散，以使所述第一物料输出时更加均匀。
同理，所述第二通道310的一端设置有环形的第二进料腔320，所述第二进料腔320通过多条第二输送管道330与一第二物料供应设备连接。本实施例中，所述第二输送管道310的数量为3条，3条所述第二输送管道310沿所述第二进料腔320的周向分布。并且，所述第二进料腔320的内壁上环绕设置有环形的若干柱状件，以对第二物料进行打散。
可选的，所述激光通道10远离所述第一预定位置a的一端设有一调节组件，所述调节组件能够调节所述激光通道10与所述第一部分20的相对位置。
具体的，所述调节组件包括环形件40及若干螺钉50，所述环形件40套设于所述激光通道10外，且所述环形件40的下表面与所述第一部分20的上表面接触，所述环形件40的周向上设置有若干第一螺纹孔，且所述第一部分20与所述第一螺纹孔相对应的位置处设置有第二螺纹孔，所述螺钉50穿过所述第一螺纹孔并伸入第二螺纹孔以使所述环形件40与所述第一部分20连接。可以理解的是，所述环形件40可用于对所述第一部分20进行压紧定位，使得所述第一部分20贴紧所述激光通道10的外壁，并且通过旋转所述螺钉50能够调节所述第一部分20与所述激光通道10之间的间距，从而调节所述第一部分20与所述激光通道10之间的同轴度，进而提升所述激光与所述第一物料的聚焦效果。
本实施例中，所述第一螺纹孔的数量为6个，且6个所述第一螺纹孔沿所述环形件40的周向均匀设置。当然，本申请对所述第一螺纹孔的数量不作任何限制限制，对其分布方式也不作限制。
可选的，所述激光通道10外还套设有一反光板60，且所述反光板60至少部分位于所述环形件40与所述第一部分20之间。由于激光照射在所述待熔覆工件上后，部分激光会进行反射，通过所述反光板60对所述反射的激光再反射至待熔覆工件上，不仅能够提高激光的利用率，还能有效避免所述激光对高速激光熔覆喷嘴的表面或其他部件造成损伤。本实施例中，所述反光板60上与所述第一螺纹孔对应的位置处设置有若干通孔，所述螺钉50穿过所述通孔以对所述反光板60进行固定。
可选的，所述高速激光熔覆喷嘴还包括环形的水冷通道70，所述水冷通道70位于所述第一部分20内。所述水冷通道70用于在激光熔覆作业时对所述高速激光熔覆喷嘴进行物理降温，提升高速激光熔覆喷嘴的冷却效果，延长激光熔覆作业的时间，并能够有效提高所述高速激光熔覆喷嘴的使用寿命。本实施例中，所述水冷通道70设置有入水口及出水口，且所述入水口可通过一铜管与一供水设备连接，所述出水口可通过铜管与一水回收装置连接。
基于此，本实施例还提供了一种激光熔覆设备，包括机器人、激光发生器、激光头、第一物料供应设备、第二物料供应设备及所述的高速激光熔覆喷嘴，所述高速激光熔覆喷嘴设置于所述机器人的手臂上并能够跟随所述机器人的手臂进行移动，所述激光发生器通过所述激光头与所述高速激光熔覆喷嘴的激光通道连通。所述第一物料供应设备与所述高速激光熔覆喷嘴的第一通道连通，用于向所述第一通道供应第一物料。所述第二物料供应设备与所述高速激光熔覆喷嘴的第二通道连通，用于向所述第二通道供应第二物料。
本实施例中，根据待熔覆工件的激光熔覆需要，所述高速激光熔覆喷嘴在机器人的带动下移动并在所述待熔覆工件的表面形成熔覆层。具体的，在进行激光熔覆作业时，所述激光发生器将激光传输至所述激光头处，然后所述激光由所述激光头进入所述高速激光熔覆喷嘴的激光通道，并通过所述激光通道传出；与此同时，所述第一物料供应设备及向所述第一通道提供第一物料，所述第一物料经过所述高速激光熔覆喷嘴喷出并与所述激光交汇，并在所述待熔覆工件表面形成第一熔覆层。然后，调节所述激光发生器的功率，所述第二物料供应设备及向所述第二通道提供第二物料，所述第二物料经过所述高速激光熔覆喷嘴喷出并与激光交汇，并在所述待熔覆工件表面形成最终的熔覆层。当然，也可以是先熔覆第二物料，在熔覆第一物料，可根据材料的特性和所需的熔覆层选择，本申请对此不作任何限制。
其中，机器人、激光发生器、激光头可以采用本领域技术人员熟知的结构，在此不作特别限制。
综上，本发明实施例提供了一种高速激光熔覆喷嘴，包括激光通道、第一部分及第二部分，所述激光通道用于传输一激光，所述第一部分内设有第一通道，所述第一通道用于输送第一物料，所述第一物料的运动轨迹与所述激光交汇于第一预定位置，所述第二部分内设有第二通道，所述第二通道用于输送第二物料，所述第二物料的运动轨迹与所述激光交汇于第二预定位置。通过使第一物料和第二物料与所述激光交汇于不同位置，便于区别控制所述激光对不同物料的作用，同时也避免了物料之间的相互作用，提高了熔覆层的质量。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种高速激光熔覆喷嘴，其特征在于，包括：
激光通道，用于传输一激光；
第一部分，所述第一部分内设有第一通道，所述第一通道用于输送第一物料，所述第一物料的运动轨迹与所述激光交汇于第一预定位置；以及，
第二部分，所述第二部分内设有第二通道，所述第二通道用于输送第二物料，所述第二物料的运动轨迹与所述激光交汇于第二预定位置。
2.如权利要求1所述的高速激光熔覆喷嘴，其特征在于，所述高速激光熔覆喷嘴包括一待熔覆区，所述待熔覆区位于一待熔覆工件上，所述第一预定位置到所述待熔覆区的距离大于所述第二预定位置到所述待熔覆区的距离。
3.如权利要求1所述的高速激光熔覆喷嘴，其特征在于，所述第一部分环绕设置于所述激光通道外，所述第二部分环绕设置于所述第一部分外，且所述第一部分与所述第二部分同轴。
4.如权利要求3所述的高速激光熔覆喷嘴，其特征在于，所述激光通道远离所述第一预定位置的一端设有一调节组件，所述调节组件能够调节所述激光通道与所述第一部分的相对位置。
5.如权利要求4所述的高速激光熔覆喷嘴，其特征在于，所述调节组件包括环形件及若干螺钉，所述环形件套设于所述激光通道外，且所述环形件的下表面与所述第一部分的上表面接触，所述环形件的周向上设置有若干第一螺纹孔，且所述第一部分与所述第一螺纹孔相对应的位置处设置有第二螺纹孔，所述螺钉穿过所述第一螺纹孔并伸入第二螺纹孔以使所述环形件与所述第一部分连接。
6.如权利要求5所述的高速激光熔覆喷嘴，其特征在于，所述激光通道外还套设有一反光板，且所述反光板至少部分位于所述环形件与所述第一部分之间。
7.如权利要求1所述的高速激光熔覆喷嘴，其特征在于，所述第一通道的一端设置有环形的第一进料腔，所述第一进料腔通过多条第一输送管道与一第一物料供应设备连接。
8.如权利要求7所述的高速激光熔覆喷嘴，其特征在于，多条所述第一输送管道沿所述第一进料腔的周向分布。
9.如权利要求1所述的高速激光熔覆喷嘴，其特征在于，所述第二通道的一端设置有环形的第二进料腔，所述第二进料腔通过多条第二输送管道与一第二物料供应设备连接。
10.如权利要求9所述的高速激光熔覆喷嘴，其特征在于，多条所述第二输送管道沿所述第二进料腔的周向分布。
11.如权利要求1所述的高速激光熔覆喷嘴，其特征在于，所述高速激光熔覆喷嘴还包括环形的水冷通道，所述水冷通道位于所述第一部分内。
12.如权利要求1所述的高速激光熔覆喷嘴，其特征在于，所述第一物料为第一金属粉末，所述第二物料为第二金属粉末，且所述第一金属粉末与第二金属粉末的熔点不同。
13.一种激光熔覆设备，其特征在于，包括机器人、激光发生器、激光头、第一物料供应设备、第二物料供应设备及如权利要求1-12中任一项所述的高速激光熔覆喷嘴，所述高速激光熔覆喷嘴设置于所述机器人的手臂上并能够跟随所述机器人的手臂进行移动，所述激光发生器通过所述激光头与所述高速激光熔覆喷嘴的激光通道连通，所述第一物料供应设备与所述高速激光熔覆喷嘴的第一通道连通，所述第二物料供应设备与所述高速激光熔覆喷嘴的第二通道连通。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113913815A (zh) * | 2021-10-19 | 2022-01-11 | 浙江镭杰激光科技有限公司 | 一种高速激光熔覆加工方法 |
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2020
- 2020-01-15 CN CN202010044983.4A patent/CN111139470A/zh active Pending
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