CN111809179B - 一种细长型工件的激光熔覆装置及激光熔覆方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种细长型工件的激光熔覆装置及激光熔覆方法，包括夹爪、顶针、伸缩预热套筒、激光熔覆嘴、第一导轨和第二导轨；夹爪和顶针夹持工件两端；激光熔覆嘴在第一导轨上滑动；伸缩预热套筒包括多节自夹爪向顶针方向直径依次减小的加热筒；最大直径的加热筒通过第一支架滑动连接在第一导轨，最小直径的加热筒通过第二支架滑动连接在第二导轨；伸缩预热套筒随着激光熔覆嘴的移动，同步移动并收缩，使工件在激光熔覆前始终保持预热状态；在工件激光熔覆完成后，伸缩预热套筒反向移动并拉伸，使工件进行热处理；先装夹再预热，保护工人操作过程的安全；工件预热和热处理，能够有效控制熔覆层的残余应力，减少裂纹损伤，提高激光熔覆质量。

Description

一种细长型工件的激光熔覆装置及激光熔覆方法

技术领域

本发明涉及激光熔覆技术领域，尤其涉及一种细长型工件的激光熔覆装置及激光熔覆方法。

背景技术

激光熔覆技术是指以不同的填料方式在被涂覆基体表面上放置选择的涂层材料，经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低并与基体材料成冶金结合的表面涂层，从而显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电器特性等的工艺方法。

工件在进行激光熔覆前需要进行预热处理，预热效果的好坏一定程度上决定了加工成型后的质量；现有技术中对于工件都是先进行预热，然后利用夹具、激光熔覆头配合使用完成对工件表面的熔覆；利用此种方式操作存在以下弊端，一是预热后的工件装夹时，有可能导致因为温度过高对人员造成人身伤害；二是预热后的工件装夹以后，因为外界温度的影响，进行激光熔覆处理时工件的温度差别较大，造成同一批产品的产品质量差别也较大。

发明内容

本发明要解决的主要技术问题是：提供一种细长型工件的激光熔覆装置及激光熔覆方法，能够解决上述背景技术提到的问题。

为了解决上述的主要技术问题采取以下技术方案实现：

一种细长型工件的激光熔覆装置，包括夹爪、顶针、伸缩预热套筒、激光熔覆嘴、第一导轨和第二导轨；所述夹爪和顶针夹持工件的两端；所述伸缩预热套筒套在工件外侧且能够移动至顶针的外侧；所述激光熔覆嘴在第一导轨上滑动且位于伸缩预热套筒与夹爪之间；所述第一导轨和第二导轨错位设置；所述伸缩预热套筒包括多节自夹爪向顶针方向直径依次减小的加热筒；与夹爪相邻的加热筒通过第一支架滑动连接在第一导轨，与顶针相邻的加热筒通过第二支架滑动连接在第二导轨；直径大的加热筒能够在第一支架的移动作用下滑动至与其相邻的直径小的加热筒外表面；所述第二支架靠近加热筒紧挨顶针的端面设置；与夹爪相邻加热筒的靠近夹爪侧设置有距离发射器；所述第二导轨的靠近夹爪端设置有能够接收距离发射器信号并发出指令的距离感应器；所述距离感应器控制第二支架的移动且第二支架的移动速度与第一支架的移动速度一致。

优选地，熔覆段长度小于500mm时，伸缩预热套筒有两节加热筒；熔覆段长度在500-1000mm时，伸缩预热套筒有三节加热筒；熔覆段长度大于1000mm时，每增加500mm增加一节加热筒。

优选地，所述加热筒是纳米红外节能电热圈；每一节的加热筒对应一个加热开关；所述加热筒包括纳米红外加热管、两个半环、固定组件；所述两个半环通过合页铰接；所述固定组件位于合页的相对侧且可拆卸的将两个半环固定为环形结构；所述固定组件位于加热筒轴向的中间部分；在多节加热筒重叠后，多节加热筒的固定组件成直线依次分布；所述纳米红外加热管有多个且两个半环的纳米红外加热管相对分布；所述半环包括自内向外依次设置的反射层、隔热层、不锈钢外壳层。

优选地，所述加热筒的轴向设置有能够使固定组件穿过的开口；所述加热筒的内壁设置有沿着加热筒轴向延伸的耐高温的滑条，外壁设置有能够使滑条滑动的滑槽；在半环的径向方向上，所述滑条边缘至半环圆心的距离大于纳米红外加热管边缘至半环圆心的距离；所述滑条位于两组纳米红外加热管之间；相邻的两节加热筒有重合部分；在工作状态，加热筒与其相邻的加热筒始终保持相连。

优选地，所述滑条是“T”形结构且大径端靠近顶针；所述滑槽的靠近夹爪侧可拆卸的连接有挡块；所述挡块设置有仅能够使滑条小径端来回滑动的通孔；所述滑条有两个，一个靠近合页，另一个靠近固定组件。

优选地，所述挡块是倒“U”形；所述滑槽的靠近夹爪侧设置有长度方向为滑槽深度方向的卡槽；所述挡块可拆卸的插进卡槽内。

优选地，所述第一支架、第二支架均包括抱箍和连接臂；所述抱箍和连接臂固定连接；所述连接臂滑动连接在第一导轨或者第二导轨；所述抱箍固定在加热筒的外周。

优选地，所述顶针的尾座体外侧套设有支撑机构；所述支撑机构包括支撑套筒和固定在支撑套筒远离顶针端部的L形支撑杆；所述支撑套筒固定在顶针尾座体的外侧；所述支撑套筒的外径小于任意一节加热筒的内径；所述第一导轨和支撑杆固定在地面，第二导轨固定在机架。

一种细长型工件的激光熔覆装置的激光熔覆方法，包括以下步骤：

S1：将伸缩预热套筒的多节加热筒重叠套合并移动至支撑套筒外侧；将工件装夹在夹爪和顶针之间；将伸缩预热套筒的多节加热筒拉伸并将工件包围在内侧；

S2：夹爪在动力驱动下带着工件旋转，伸缩预热套筒对工件进行预热后保持恒温；

S3：第一导轨的激光熔覆嘴和第一支架同时向顶针所在方向移动，在移动过程中，激光熔覆嘴同步开始对工件进行涂覆；随着第一支架在夹爪到顶针的移动中，多节加热筒收缩重叠，当最大直径的加热筒移动至最小直径加热筒的表面后，伸缩预热套筒停止加热；当距离感应器接收到距离发射器的信号后，第二支架开始移动且移动速度与第一支架速度一致；当激光熔覆嘴完成对工件熔覆段的熔覆后，第一支架、第二支架、激光熔覆嘴的移动停止，熔覆工作完成进行下一工序。

优选地，S3步骤中的下一工序指的是热处理工序；热处理工序包括以下步骤：第一支架、第二支架、激光熔覆嘴反向移动；当距离感应器接再次收到距离发射器的信号后，第二支架停止移动；第一支架和激光熔覆嘴继续移动直至最大直径的加热筒套设在工件的夹爪侧；当第一支架停止运动后，伸缩预热套筒开始加热对激光熔覆后的工件进行热处理；热处理一定时间后停止加热，自然冷却后取下工件。

与现有技术相比，本发明应用于细长型工件的激光熔覆具备下列优点：

伸缩预热套筒随着激光熔覆嘴的移动，同步移动并收缩，使工件在激光熔覆前始终保持预热状态；在工件激光熔覆完成后，伸缩预热套筒反向移动并拉伸，使工件进行热处理；先装夹再预热，保护工人在操作过程中的安全；工件始终保持预热，以及工件激光熔覆后热处理的及时充分，能够有效控制熔覆层的残余应力，减少裂纹损伤，提高激光熔覆质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图做简要介绍，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为本发明实施例所提供的伸缩预热套筒为拉伸状态的整体结构示意图；

图2为本发明实施例所提供的伸缩预热套筒为压缩状态的整体结构示意图；

图3为本发明实施例所提供的第一支架或者第二支架的左视结构示意图；

图4为本发明实施例所提供的单节加热筒的俯视结构示意图；

图5为本发明实施例所提供的图4中局部放大结构示意图；

图6为本发明实施例所提供的单节加热筒的左视结构示意图；

图7为本发明实施例所提供的挡块的左视结构示意图。

图中：1为工件，2为夹爪，3为顶针；

4为伸缩预热套筒；

41为加热筒，411为纳米红外加热管，412为半环，413为固定组件，414为合页；

42为滑条；

43为滑槽，431为卡槽；

44为挡块；

45为开口；

5为第一导轨，6为第二导轨，7为距离发射器，8为距离感应器，9为第一支架，10为第二支架，11为抱箍，12为连接臂；

13为支撑机构，131为支撑套筒，132为支撑杆；

14为激光熔覆嘴。

具体实施方式

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，都属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。

请参阅图1-7所示，一种细长型工件的激光熔覆装置，包括夹爪2、顶针3、伸缩预热套筒4、激光熔覆嘴14、第一导轨5和第二导轨6；所述夹爪2和顶针3夹持工件1的两端；夹爪2夹紧工件1，夹爪2在动力驱动的作用下能够带动工件1旋转，工件1的旋转速度根据激光熔覆嘴14的运动速度来确定；夹爪2和顶针3的具体内部结构依据现有技术设置；所述激光熔覆嘴14也根据现有技术设定；所述激光熔覆嘴14在第一导轨5上滑动且位于伸缩预热套筒4与夹爪2之间，激光熔覆嘴14的熔覆方向是自夹爪2向顶针3方向移动；所述第一导轨5和第二导轨6错位设置；第一导轨5通过支架等部件固定在地面，第二导轨6可以通过支架固定在机架上，机架在图中未标示出来，第二导轨6位于工件1的上方，第一导轨5位于工件1的下方。

伸缩预热套筒4套在工件1外侧；伸缩预热套筒4包括多节自夹爪2向顶针3方向直径依次减小的加热筒41；多节加热筒41能够通过平移拉长也能通过反向平移重叠缩小尺寸，最靠近夹爪2的加热筒41的直径最大；与夹爪2相邻的加热筒41通过第一支架9滑动连接在第一导轨5，与夹爪2相邻的加热筒41是最靠近夹爪2的加热筒41，与顶针3相邻的加热筒41通过第二支架10滑动连接在第二导轨6；所述第一支架9、第二支架10均包括抱箍11和连接臂12；所述抱箍11和连接臂12固定连接；所述连接臂12滑动连接在第一导轨5或者第二导轨6；所述抱箍11固定在加热筒41的外周，值的注意的是抱箍11和支撑臂都有一定的强度；所述第二支架10的抱箍11位于最靠近顶针3的加热筒41的紧挨顶针3端面设置；直径大的加热筒41能够在第一支架9的移动作用下滑动至与其相邻的直径小的加热筒41外表面，从而完成收缩；第一支架9和激光熔覆嘴14均滑动连接在第一导轨5且两者之间的距离保持一致；为了保证整个伸缩预热套筒4的整体强度和缩短后的长度，熔覆段长度小于500mm时，伸缩预热套筒4有两节加热筒41；熔覆段长度在500-1000mm时，伸缩预热套筒4有三节加热筒41；熔覆段长度大于1000mm时，每增加500mm增加一节加热筒41，图中表示的是三节加热筒41；为了使收缩后的伸缩预热套筒4能够完全移出工件1，所述顶针3的尾座体外侧套设有支撑机构13；所述支撑机构13包括支撑套筒131和L形支撑杆132；所述支撑套筒131固定在顶针3尾座体的外侧，支撑套筒131与顶针3的重合部分大于顶针3尾座体在工件1轴向方向长度的二分之一；所述支撑杆132通过焊接固定在支撑套筒131远离顶针3的端部；所述支撑套筒131的外径小于最小直径加热筒41的内径，即最靠近顶针3的加热筒41能够滑至顶针3的外侧。

最靠近夹爪2的加热筒41，其靠近夹爪2侧设置有距离发射器7；所述第二导轨6的靠近夹爪2端设置有能够接收距离发射器7信号并发出指令的距离感应器8；距离发射器7和距离感应器8是红外感应器，距离感应器8能够控制在第二导轨6上第二支架10的移动；当距离感应器8接收到距离发射器7的信号后，第一支架9、第二支架10、激光熔覆嘴14三者同步移动，在此移动过程中，直径最小的加热筒41与直径最大的加热筒41重合且一同向顶针3的尾座体外侧移动，在进行激光涂覆前始终保持预热状态，从而能够提高熔覆效果，避免工件1产生裂纹。

加热筒41是纳米红外节能电热圈；纳米红外节能电热圈的热效率高，升温快，降温快；每一节的加热筒41对应一个加热开关，因为不同加热筒41至工件1表面的距离不同，所以需要对每一节加热筒41单独设温，从而保持工件1表面的温度一致；所述加热筒41包括纳米红外加热管411、两个半环412、固定组件413；所述两个半环412通过合页414铰接；所述固定组件413位于合页414的相对侧且可拆卸的将两个半环412固定为环形结构；固定组件413可以是安装在不同半环412的两个安装块，两个安装块通过螺钉紧固连接；所述固定组件413位于加热筒41轴向的中间部分；越靠近夹爪2的加热筒41，其固定组件413位置越靠近加热筒41中间部分的夹爪2侧，即在多节加热筒41重叠后，多节加热筒41的固定组件413成直线依次分布；所述纳米红外加热管411有多个且两个半环412的纳米红外加热管411相对分布；所述半环412包括自内向外依次设置的反射层、隔热层、不锈钢外壳层；纳米红外加热管411、半环412的设置依据现有技术即可；因为工件1始终保持旋转，纳米红外加热管411的数量不宜设置过多；为了使不同直径套筒在移动收缩过程中，固定组件413不产生影响；所述加热筒41的轴向设置有能够使固定组件413的固定块穿过的开口45，即两个半环412组成的圆环结构有延伸方向是轴向的开口45，开口45面对与其相邻的靠近顶针3的加热筒41。

加热筒41的内壁设置有沿着加热筒41轴向延伸的耐高温的滑条42，外壁设置有能够使滑条42滑动的滑槽43；最靠近夹爪2的加热筒41可以不设置滑槽43，最靠近顶针3的加热筒41可以不设置滑条42；在半环412的径向方向上，所述滑条42边缘至半环412圆心的距离大于纳米红外加热管411边缘至半环412圆心的距离，即滑条42相对纳米红外加热管411而言，更接近工件1表面；所述滑条42位于两组纳米红外加热管411之间；相邻的两节加热筒41有重合部分；加热筒41在工作状态不能滑出与其相邻的加热筒41；所述滑条42是“T”形结构且大径端靠近顶针3；滑槽43在其长度方向上的两端，一端是封闭的一端是仅能够使小径端来回移动的通孔；为了便于对不同节加热筒41的拆卸和组装，所述滑槽43的靠近夹爪2侧可拆卸的连接有挡块44；所述挡块44设置有仅能够使滑条42小径端来回滑动的通孔；所述挡块44是倒“U”形；所述滑槽43的靠近夹爪2侧设置有长度方向为滑槽43深度方向的卡槽431；所述挡块44可拆卸的插进卡槽431内；为了保证滑条42滑动的稳定性，所述滑条42有两个，一个靠近合页414，另一个靠近固定组件413，两个滑条42相对合页414或固定组件413分别位于合页414和固定组件413轴向的不同侧。

本发明的工作过程为：工件装夹：将伸缩预热套筒4的多节加热筒41重叠套合并移动至支撑套筒131外侧；将工件1装夹在夹爪2和顶针3之间；将伸缩预热套筒4的多节加热筒41拉伸并将工件1包围在内侧；

工件预热：夹爪2在动力驱动下带着工件1旋转，伸缩预热套筒4对工件1进行预热后保持恒温；

激光熔覆过程：第一导轨5的激光熔覆嘴14和第一支架9同时向顶针3所在方向移动，在移动过程中，激光熔覆嘴14同步开始对工件1进行涂覆；随着第一支架9在夹爪2到顶针3的移动中，多节加热筒41收缩重叠；当距离感应器8接收到距离发射器7的信号后，第二支架10开始移动且移动速度与第一支架9速度一致；当激光熔覆嘴14完成对工件1熔覆段的熔覆后，第一支架9、第二支架10、激光熔覆嘴14的移动停止，熔覆工作完成进行热处理工序；

热处理工序：多节的加热筒41反向移动拉伸长度，第一支架9、第二支架10、激光熔覆嘴14反向移动；当距离感应器8接收到距离发射器7的信号后，第二支架10停止移动；第一支架9和激光熔覆嘴14继续移动直至最大直径的加热筒41套设在工件1的夹爪2侧；当第一支架9停止运动后，伸缩预热套筒4开始加热对激光熔覆后的工件1进行热处理，热处理一定时间后停止加热，自然冷却后取下工件1。

需要说明的是，本发明中的“上、下、左、右、内、外”是以图中零部件的相对位置为基准定义的，只是为了描述技术方案的清楚及方便，应当理解，此方位词的应用对本申请的保护范围不构成限制。

以上所述的实施方式为优选实施方式而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述实施所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特性进行等同替换，凡在本发明精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种细长型工件的激光熔覆装置，其特征在于：包括夹爪、顶针、伸缩预热套筒、激光熔覆嘴、第一导轨和第二导轨；所述夹爪和顶针夹持工件的两端；所述伸缩预热套筒套在工件外侧且能够移动至顶针的外侧；所述激光熔覆嘴在第一导轨上滑动且位于伸缩预热套筒与夹爪之间；所述第一导轨和第二导轨错位设置；所述伸缩预热套筒包括多节自夹爪向顶针方向直径依次减小的加热筒；与夹爪相邻的加热筒通过第一支架滑动连接在第一导轨，与顶针相邻的加热筒通过第二支架滑动连接在第二导轨；直径大的加热筒能够在第一支架的移动作用下滑动至与其相邻的直径小的加热筒外表面；所述第二支架靠近加热筒紧挨顶针的端面设置；与夹爪相邻加热筒的靠近夹爪侧设置有距离发射器；所述第二导轨的靠近夹爪端设置有能够接收距离发射器信号并发出指令的距离感应器；所述距离感应器控制第二支架的移动且第二支架的移动速度与第一支架的移动速度一致；熔覆段长度小于500mm时，伸缩预热套筒有两节加热筒；熔覆段长度在500-1000mm时，伸缩预热套筒有三节加热筒；熔覆段长度大于1000mm时，每增加500mm增加一节加热筒；

所述加热筒是纳米红外节能电热圈；每一节的加热筒对应一个加热开关；所述加热筒包括纳米红外加热管、两个半环、固定组件；所述两个半环通过合页铰接；所述固定组件位于合页的相对侧且可拆卸的将两个半环固定为环形结构；所述固定组件位于加热筒轴向的中间部分；在多节加热筒重叠后，多节加热筒的固定组件成直线依次分布；所述纳米红外加热管有多个且两个半环的纳米红外加热管相对分布；所述半环包括自内向外依次设置的反射层、隔热层、不锈钢外壳层；所述加热筒的轴向设置有能够使固定组件穿过的开口；所述加热筒的内壁设置有沿着加热筒轴向延伸的耐高温的滑条，外壁设置有能够使滑条滑动的滑槽；在半环的径向方向上，所述滑条边缘至半环圆心的距离大于纳米红外加热管边缘至半环圆心的距离；所述滑条位于两组纳米红外加热管之间；相邻的两节加热筒有重合部分；在工作状态，加热筒与其相邻的加热筒始终保持相连；所述滑条是“T”形结构且大径端靠近顶针；所述滑槽的靠近夹爪侧可拆卸的连接有挡块；所述挡块设置有仅能够使滑条小径端来回滑动的通孔；所述滑条有两个，一个靠近合页，另一个靠近固定组件；所述挡块是倒“U”形；所述滑槽的靠近夹爪侧设置有长度方向为滑槽深度方向的卡槽；所述挡块可拆卸的插进卡槽内。

2.根据权利要求1所述的一种细长型工件的激光熔覆装置，其特征在于：所述第一支架、第二支架均包括抱箍和连接臂；所述抱箍和连接臂固定连接；所述连接臂滑动连接在第一导轨或者第二导轨；所述抱箍固定在加热筒的外周。

3.根据权利要求1所述的一种细长型工件的激光熔覆装置，其特征在于：所述顶针的尾座体外侧套设有支撑机构；所述支撑机构包括支撑套筒和固定在支撑套筒远离顶针端部的L形支撑杆；所述支撑套筒固定在顶针尾座体的外侧；所述支撑套筒的外径小于任意一节加热筒的内径；所述第一导轨和支撑杆固定在地面，第二导轨固定在机架。

4.根据权利要求1-3所述的任意一项细长型工件的激光熔覆装置的激光熔覆方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将伸缩预热套筒的多节加热筒重叠套合并移动至支撑套筒外侧；将工件装夹在夹爪和顶针之间；将伸缩预热套筒的多节加热筒拉伸并将工件包围在内侧；

S2：夹爪在动力驱动下带着工件旋转，伸缩预热套筒对工件进行预热后保持恒温；

S3：第一导轨的激光熔覆嘴和第一支架同时向顶针所在方向移动，在移动过程中，激光熔覆嘴同步开始对工件进行涂覆；随着第一支架在夹爪到顶针的移动中，多节加热筒收缩重叠，当最大直径的加热筒移动至最小直径加热筒的表面后，伸缩预热套筒停止加热；当距离感应器接收到距离发射器的信号后，第二支架开始移动且移动速度与第一支架速度一致；当激光熔覆嘴完成对工件熔覆段的熔覆后，第一支架、第二支架、激光熔覆嘴的移动停止，熔覆工作完成进行下一工序。

5.根据权利要求4所述的一种细长型工件的激光熔覆方法，其特征在于：S3步骤中的下一工序指的是热处理工序；热处理工序包括以下步骤：

第一支架、第二支架、激光熔覆嘴反向移动；当距离感应器接再次收到距离发射器的信号后，第二支架停止移动；第一支架和激光熔覆嘴继续移动直至最大直径的加热筒套设在工件的夹爪侧；当第一支架停止运动后，伸缩预热套筒开始加热对激光熔覆后的工件进行热处理；热处理一定时间后停止加热，自然冷却后取下工件。

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