CN114214619A - 一种万瓦级超高速熔覆设备及其熔覆方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种万瓦级超高速熔覆设备及其熔覆方法，属于先进环保的再制造加工技术领域。该熔覆设备包括两个完全相同的第一熔覆头、第二熔覆头，喷嘴，激光器，六轴机械手；所述第一熔覆头、第二熔覆头的下方均设有一个喷嘴，所述第一熔覆头、第二熔覆头的上方分别通过光闸开关连接同一个激光器，所述激光器分配给第一熔覆头、第二熔覆头的光线功率相等；所述第一熔覆头、第二熔覆头均与六轴机械手连接。该万瓦级超高速熔覆设备由于双激光头的道间距为单激光头的两倍，所以平移速度也为两倍，相较单激光头熔覆，效率提高了一倍。
Description
技术领域
本发明属于先进环保的再制造加工技术领域，具体地，涉及一种万瓦级超高速熔覆设备及其熔覆方法。
背景技术
超高速激光熔覆技术完成的熔覆涂层冶金质量高、稀释率低、变形小、表面光洁度高，在工业再制造领域能够极大地减少企业的后续机加工成本，能有效延长产品使用周期，为企业节省大量后期维修费用。普通的激光熔覆扫描速率是10~100mm/s，而超高速激光熔覆技术可达到100~1000mm/s。超高速熔覆非常适合表面0.3~0.5mm厚度涂层的加工，由于该工艺使得熔覆后表面粗糙度得到了大幅提升，极大地节约了熔覆粉末和后续加工成本。
近些年随着国内激光器制造水平的发展，高功率激光器越来越普遍，5000W以下的激光器已经成为过去，激光器功率的提升，对激光熔覆工艺也提出了新的要求，而由于超高速熔覆往往采用圆形光斑，当功率过高，光斑中心的能量密度超过106W/cm2时，被辐照的金属材料表面强烈气化，产生金属蒸气，干扰光路进而影响熔覆质量。该问题直接影响了该工艺在增大激光器功率的情况下，无法有效提高加工效率。目前一些激光熔覆设备厂商通常的做法是将光斑进一步增大，来降低光斑中心的能量密度，虽然有一定的效果，但紧接着由于增大了送粉量和粉斑，粉末利用率反而降低，随之而来又产生了新的问题。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种万瓦级超高速熔覆设备及其熔覆方法。
为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：一种万瓦级超高速熔覆设备，包括两个完全相同的第一熔覆头、第二熔覆头，喷嘴，激光器，六轴机械手；所述第一熔覆头、第二熔覆头的下方均设有一个喷嘴，所述第一熔覆头、第二熔覆头的上方分别通过光闸开关连接同一个激光器，所述激光器分配给第一熔覆头、第二熔覆头的光线功率相等；所述第一熔覆头、第二熔覆头均与六轴机械手连接。
进一步地，所述第一熔覆头、第二熔覆头的中心距离I=（n+1/2）*d，其中，d为激光熔覆工艺参数的道间距。
进一步地，第二熔覆头的熔覆轨迹总在第一熔覆头相邻两条熔覆轨迹的正中间。
进一步地，具体包括如下步骤：
（1）熔覆开始且送粉稳定后，第一熔覆头开始出光进行熔覆，按照设定的速度向右侧平移；六轴机械手以第一熔覆头的激光中心为轴，一边继续保持向右平移的速度，一边记性逆时针旋转，第二熔覆头向工件起始位置移动；
（2）当第二熔覆头运动到水平位置时开始送粉，当第二熔覆头与第一熔覆头的位置水平且到达工件起始位置时，第二熔覆头出光开始熔覆，第二熔覆头熔覆轨迹正好在第一熔覆头相邻的熔覆轨迹中间；
（3）第一熔覆头、第二熔覆头保持水平匀速运动，在接近工件右端结束前，一直保持匀速运动；
（4）第一熔覆头到达终点后停光，六轴机械手控制第一熔覆头绕第二熔覆头进行逆时针旋转，第二熔覆头继续保持向右匀速移动；当旋转90°后停止旋转，第一熔覆头和第二熔覆头中心保持竖直，共同匀速继续向右移动，当第二熔覆头到达终点后，关闭第二激光头上的激光，完成全部熔覆过程。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.本发明万瓦级超高速熔覆设备从集成思路上解决了激光器功率不断提升与原有工艺之间的矛盾，不再需要进行高功率（6000W以上）的熔覆工艺研发；
2.在除激光器以外的原有设备硬件上，其他配件不会因为激光功率的提升影响使用寿命；
3.本发明万瓦级超高速熔覆设备快速提高了激光熔覆效率，使得高功率激光器能够快速普及；
4.本发明万瓦级超高速熔覆设备保持超高速熔覆原有的粉末利用率（＞95%）；
5.本发明万瓦级超高速熔覆设备通过激光头的数量来倍增生产效率，减少了设备占地面积，提高了车间单位面积产能。
附图说明
图1为本发明万瓦级超高速熔覆设备的结构示意图；
图2为本发明中双熔覆头的熔覆运动图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步地解释说明。
如图1为本发明万瓦级超高速熔覆设备的结构示意图，该万瓦级超高速熔覆设备包括：两个完全相同的第一熔覆头、第二熔覆头，喷嘴，激光器，六轴机械手；所述第一熔覆头、第二熔覆头的下方均设有一个喷嘴，所述第一熔覆头、第二熔覆头的上方分别通过光闸开关连接同一个激光器，所述激光器分配给第一熔覆头、第二熔覆头的光线功率相等，本发明中激光器的激光功率大于10000W；所述第一熔覆头、第二熔覆头均与六轴机械手连接。所述第一熔覆头、第二熔覆头的中心距离I=（n+1/2）*d，使得第一熔覆头、第二熔覆头能够以相同的速度平移，其中，d为激光熔覆工艺参数的道间距，。第二熔覆头的熔覆轨迹总在第一熔覆头相邻两条熔覆轨迹的正中间，如图2所示。
在本发明的一个技术方案中，随着激光器激光功率的继续增加，可以继续增加激光头及激光器光闸开关的数量，激光源类似总电源，光闸开关类似电源开关。
本发明还提供了该万瓦级超高速熔覆设备的熔覆方法，具体包括如下步骤：
(1) 熔覆开始且送粉稳定后，工件按照设定的参数进行旋转，等第一熔覆头开始出光进行熔覆，按照设定的速度向右侧平移；六轴机械手以第一熔覆头的激光中心为轴，一边继续保持向右平移的速度，一边记性逆时针旋转，第二熔覆头向工件起始位置移动，由于圆形光斑，第一熔覆头绕光斑中心旋转并不影响熔覆工艺；
(2) 当第二熔覆头运动到水平位置时开始送粉，当第二熔覆头与第一熔覆头的位置水平且到达工件起始位置时，第二熔覆头出光开始熔覆，第二熔覆头熔覆轨迹正好在第一熔覆头相邻的熔覆轨迹中间；
(3) 第一熔覆头、第二熔覆头保持水平匀速运动，在接近工件右端结束前，一直保持匀速运动；
(4) 第一熔覆头到达终点后停光，六轴机械手控制第一熔覆头绕第二熔覆头进行逆时针旋转，第二熔覆头继续保持向右匀速移动；当旋转90°后停止旋转，第一熔覆头和第二熔覆头中心保持竖直，共同匀速继续向右移动，当第二熔覆头到达终点后，关闭第二激光头上的激光，完成全部熔覆过程。
本发明万瓦级超高速熔覆设备由于双激光头的道间距为单激光头的两倍，所以平移速度也为两倍，相较单激光头熔覆，效率提高了一倍。
Claims (4)
1.一种万瓦级超高速熔覆设备，其特征在于，包括两个完全相同的第一熔覆头、第二熔覆头，喷嘴，激光器，六轴机械手；所述第一熔覆头、第二熔覆头的下方均设有一个喷嘴，所述第一熔覆头、第二熔覆头的上方分别通过光闸开关连接同一个激光器，所述激光器分配给第一熔覆头、第二熔覆头的光线功率相等；所述第一熔覆头、第二熔覆头均与六轴机械手连接。
2.根据权利要求1所述万瓦级超高速熔覆设备，其特征在于，所述第一熔覆头、第二熔覆头的中心距离I=（n+1/2）*d，其中，d为激光熔覆工艺参数的道间距。
3.根据权利要求1所述万瓦级超高速熔覆设备，其特征在于，第二熔覆头的熔覆轨迹总在第一熔覆头相邻两条熔覆轨迹的正中间。
4.一种权利要求1所述万瓦级超高速熔覆设备的熔覆方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
熔覆开始且送粉稳定后，第一熔覆头开始出光进行熔覆，按照设定的速度向右侧平移；六轴机械手以第一熔覆头的激光中心为轴，一边继续保持向右平移的速度，一边记性逆时针旋转，第二熔覆头向工件起始位置移动；
当第二熔覆头运动到水平位置时开始送粉，当第二熔覆头与第一熔覆头的位置水平且到达工件起始位置时，第二熔覆头出光开始熔覆，第二熔覆头熔覆轨迹正好在第一熔覆头相邻的熔覆轨迹中间；
（3）第一熔覆头、第二熔覆头保持水平匀速运动，在接近工件右端结束前，一直保持匀速运动；
（4）第一熔覆头到达终点后停光，六轴机械手控制第一熔覆头绕第二熔覆头进行逆时针旋转，第二熔覆头继续保持向右匀速移动；当旋转90°后停止旋转，第一熔覆头和第二熔覆头中心保持竖直，共同匀速继续向右移动，当第二熔覆头到达终点后，关闭第二激光头上的激光，完成全部熔覆过程。
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| CN202111510956.2A CN114214619A (zh) | 2021-12-11 | 2021-12-11 | 一种万瓦级超高速熔覆设备及其熔覆方法 |
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| CN114214619A true CN114214619A (zh) | 2022-03-22 |
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| CN202111510956.2A Withdrawn CN114214619A (zh) | 2021-12-11 | 2021-12-11 | 一种万瓦级超高速熔覆设备及其熔覆方法 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN114214619A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023138084A1 (zh) * | 2022-01-19 | 2023-07-27 | 亚琛联合科技（天津）有限公司 | 一种双光头激光熔覆成形工艺 |
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2021
- 2021-12-11 CN CN202111510956.2A patent/CN114214619A/zh not_active Withdrawn
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023138084A1 (zh) * | 2022-01-19 | 2023-07-27 | 亚琛联合科技（天津）有限公司 | 一种双光头激光熔覆成形工艺 |
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