CN114309641A - 一种激光沉积设备及激光沉积方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种激光沉积设备及激光沉积方法，涉及表层增材制造技术领域，以解决现有的激光沉积装置及方法无法实现管状结构内表面沉积增材的问题。所述激光沉积设备包括：基座、设置在基座上的支撑控制组件及激光沉积组件；管状结构安装在支撑控制组件上，激光沉积组件的激光沉积头伸入管状结构中，支撑控制组件用于控制管状结构以预设旋转速度转动，并控制激光沉积组件沿基座以预设滑动速度滑动，以改变激光沉积头伸入管状结构中的位置，从而在管状结构的内壁形成沉积层。所述激光沉积方法应用于上述激光沉积设备中。本发明提供的激光沉积设备及激光沉积方法用于实现管状结构内表面激光沉积。

Description

一种激光沉积设备及激光沉积方法

技术领域

本发明涉及表层增材制造技术领域，尤其涉及一种激光沉积设备及激光沉积方法。

背景技术

在一些特殊用途中，要求管道内壁具有优良的耐高温、耐磨损和耐腐蚀性，如火箭喷气推进系统和航空发动机燃烧室火焰喷管等，此时需要在管内表面制备特殊性能涂层。

目前，在管内表面制备涂层的方法主要为空气喷涂、热喷涂法。

但上述方法是直接将陶瓷颗粒喷涂粘接在金属层表面上，所形成的涂层存在脆性高、结合强度低、易出现孔隙率高、裂纹、开裂脱落等缺点，且现有的激光沉积装置及方法无法实现管状结构的内表面沉积增材。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光沉积设备及激光沉积方法，用于提供一种可以利用激光沉积技术实现管状结构内表面沉积增材的技术方案。

为了实现上述目的，本发明提供一种激光沉积设备，用于管状结构内壁沉积增材；激光沉积设备包括：基座、设置在基座上的支撑控制组件以及激光沉积组件；

管状结构安装在支撑控制组件上，激光沉积组件的激光沉积头伸入管状结构中；

在沉积过程中，支撑控制组件用于控制管状结构以预设旋转速度转动，并控制激光沉积组件沿基座以预设滑动速度滑动，以改变激光沉积头伸入管状结构中的位置，从而在管状结构的内壁形成沉积层。

与现有技术相比，本发明提供的激光沉积组件中，管状结构安装在所述支撑控制组件上，激光沉积组件的激光沉积头伸入管状结构中，在沉积过程中，激光沉积组件向激光沉积头输送激光和涂层粉末，以通过激光沉积头在管状结构内表面形成沉积层。当上述支撑控制组件控制管状结构以预设旋转速度转动时，管状结构可以相对激光沉积头做圆周运动，以实现沿管状结构的周向，对管状结构的内表面进行激光沉积；同时，支撑控制组件控制激光沉积组件沿基座以预设滑动速度滑动，从而使激光沉积头靠近或者远离管状结构，以实现沿管状结构的直径方向，对管状结构的内表面进行激光沉积。基于此，能够实现对管状结构内表面的全部区域进行激光沉积，解决了现有技术中，激光沉积无法实现管状结构内层沉积增材的技术问题，而激光沉积的沉积速率高、结合强度好且具有良好的保成分性，解决了现有技术中空气喷涂、热喷涂法所形成的涂层脆性高、结合强度低、易出现孔隙率高、裂纹、开裂脱落等技术问题。

可选地，上述的激光沉积设备中，支撑控制组件包括控制器、旋转固定组件、支撑调节组件和滑动组件；管状结构固定于旋转固定组件上，支撑调节组件用于支撑管状结构，并调节管状结构相对激光沉积头的位置，滑动组件滑动设置在基座上，激光沉积组件设置在滑动组件上；控制器分别与旋转固定组件和滑动组件电连接，用于在激光沉积过程中控制旋转固定组件带动管状结构转动，还用于控制滑动组件沿基座滑动，从而带动激光沉积组件沿基座滑动。如此设置，通过支撑调节组件调节管状结构与激光沉积头的相对位置，从而保证激光沉积头在管状结构的内壁可以形成均匀的激光沉积层。而控制器能够在控制旋转固定组件带动管状结构转动的同时，控制滑动组件沿基座滑动，从而带动激光沉积组件沿基座滑动，以实现管状结构内表面的全部区域进行激光沉积。

可选地，上述的激光沉积设备中，滑动组件包括驱动连接的传送件和第一驱动件，传送件的一侧与基座滑动连接，另一侧与激光沉积组件固定连接，第一驱动件与控制器电连接。如此设置，在控制器的控制下，驱动传送件沿基座滑动，从而带动激光沉积组件沿基座滑动，实现激光沉积头的轴向进给。

可选地，上述的激光沉积设备中，旋转固定组件包括驱动连接的旋转固定件和第二驱动件，旋转固定件用于固定管状结构，第二驱动件与控制器电连接。如此设置，在控制器的控制下，驱动旋转固定件转动，从而实现管状结构的周向转动。

可选地，上述的激光沉积设备中，支撑调节组件包括支撑件和调节件，支撑件设置在基座上，用于支撑管状结构，调节件用于调节管状结构相对激光沉积头的位置。

可选地，上述的激光沉积设备中，支撑件包括液压调节件和支撑本体。如此设置，液压调节件可无级调节支撑本体的高度，进而适应不同直径的管状结构。

可选地，上述的激光沉积设备中，激光沉积组件包括激光器、送粉器、机械臂和激光沉积头；机械臂第一端与激光器固定连接，机械臂第二端与激光沉积头固定连接，用于将激光沉积头伸入管状结构中；激光沉积头和机械臂的夹角小于180°，用于将激光和涂层粉末喷射至管状结构内表面上；机械臂及激光沉积头内设有光纤和送粉管，光纤第一端与激光器的输出端连接，光纤的第二端设置于激光沉积头内，用于向激光沉积区域输送激光；送粉管的第一端与送粉器相连，送粉管的第二端设置于激光沉积头内，用于向激光沉积区域输送涂层粉末。如此设置，激光通过机械臂内部的光纤传输到激光沉积头并发射，在管状结构内表面上形成熔池，涂层粉末通过机械臂内部的送粉管传输至激光沉积头并喷射入熔池，最终实现在管状结构内表面上形成激光沉积层。

可选的，上述的激光沉积设备中，送粉器的数目与涂层材料种类数相同。不同涂层材料填装至不同送粉器，并通过送粉管按比例输送至激光沉积区域，如此设置，可在激光沉积过程，涂层粉末混合更均匀，物料比更精确。

可选地，上述的激光沉积设备中，激光沉积组件还包括保护气体发生器，机械臂及激光沉积头内设有保护气管，保护气管第一端与保护气体发生器连接，第二端设置于激光沉积头内，用于在激光沉积区域形成保护气体氛围，防止涂层及管状结构内表面在激光沉积过程中被氧化，进而使激光沉积具有良好的保成分性。

可选地，上述的激光沉积设备中，保护气体可选用氩气，氩气化学性质稳定，且密度大于空气，易形成良好的保护氛围。

可选地，上述的激光沉积设备中，激光沉积组件还包括水冷系统，水冷系统的第一冷却流道与激光器固定连接，用于冷却激光器，水冷系统的第二冷却流道设置于机械臂及激光沉积头内的光纤外侧，用于冷却光纤。

本发明还提供一种激光沉积方法，应用于上述的激光沉积设备中，激光沉积方法包括：

根据第一沉积参数，确定管状结构的预设旋转速度；

根据第二沉积参数，确定激光沉积组件的预设滑动速度；

在管状结构上确定激光沉积定位原点，并控制激光沉积头位于激光沉积原点处；

控制管状结构以预设旋转速度进行旋转，同时控制激光沉积组件以预设滑动速度在基座上滑动，以在管状结构的内壁形成沉积层。

与现有技术相比，本发明提供的激光沉积方法的有益效果与上述激光沉积设备的有益效果相同，此处不做赘述。

具体地，上述的激光沉积方法中，第一沉积参数包括激光扫描速度和管状结构内径，根据第一沉积参数，确定管状结构的预设旋转速度满足：

n＝v/(2πr)；

其中，n表示管状结构的预设旋转速度，v表示激光扫描速度，r表示管状结构内径。

具体地，上述的激光沉积方法中，第二沉积参数包括扫描间距和扫描一圈所需时间，根据第二沉积参数，确定激光沉积组件的预设滑动速度满足：

L＝s/t；

其中，L表示激光沉积组件沿基座滑动速度，s表示扫描间距，t表示扫描一圈所需时间；

其中，s满足：

s＝d/(η+1)；

其中，d表示激光光斑直径，η表示搭接率；

t满足

t＝1/n；

其中，n表示管状结构转速。

可选地，上述的激光沉积方法中，在确定管状结构的预设旋转速度和激光沉积组件的预设滑动速度之前，激光沉积方法还包括：涂层粉末烘干和搅匀，将涂层粉末在一定温度下烘干并通过混料机搅匀；涂层粉末填装，将涂层粉末装入激光沉积设备中的送粉器；固定管状结构；设定激光功率和送粉率，根据设备型号、管状结构材料以及涂层材料设定激光功率和送粉率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的一种激光沉积设备剖面图；

图2为本发明实施例提供的一种激光沉积设备结构图；

图3为本发明实施例提供的一种激光沉积头剖面图；

图4为本发明实施例提供的一种机械臂截面图；

图5为本发明实施例提供的一种激光沉积方法流程图。

附图标记：

1-基座；2-管状结构；3-支撑控制组件；31-调节件；32-控制器；33-旋转固定组件；34-支撑件；4-激光沉积组件；41-激光沉积头；42-机械臂；421-光纤；422-第二冷却流道；423-送粉管；424-保护气管；43-激光器；44-送粉器；45-水冷系统。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在一些特殊用途中，要求管道内壁具有优良的耐高温、耐磨损和耐腐蚀性，此时需要在管内表面制备特殊性能涂层。例如，在航空航天领域中，火箭喷气推进系统和航空发动机燃烧室火焰喷管等高精尖端类产品越来越需要高比强度、高比刚度、轻质耐蚀的材料去替代，其中，轻质钛合金材料的性能满足上述要求。但由于轻质钛合金材料无法实现1000℃以上的耐热蚀环境，因此在钛合金管状结构内表面制备金属陶瓷涂层时主要采用空气喷涂、热喷涂法。但空气喷涂、热喷涂法是直接将陶瓷颗粒喷涂粘接在金属层表面上，所形成的涂层存在脆性高、结合强度低、易出现孔隙率高、裂纹、开裂脱落等缺点，且现有的激光沉积装置及方法无法实现管状结构的内表面沉积增材。

为了解决上述技术问题，参照图1和图2，本发明实施例提供了一种激光沉积设备，用于管状结构2内壁沉积增材；激光沉积设备包括：基座1、设置在基座1上的支撑控制组件3以及激光沉积组件4。

在具体实施过程中，将管状结构2安装在支撑控制组件3上，激光沉积组件4的激光沉积头41伸入至管状结构2中，在沉积过程中，支撑控制组件3一方面控制管状结构2以预设旋转速度转动，另一方面控制激光沉积组件4沿基座1以预设滑动速度滑动，以改变激光沉积头41伸入管状结构2中的位置，从而在管状结构2的内壁形成沉积层。

通过上述激光沉积设备的结构和具体实施过程可知，本发明提供的激光沉积组件4中，管状结构2安装在所述支撑控制组件3上，激光沉积组件4的激光沉积头41伸入管状结构2中，在沉积过程中，激光沉积组件4向激光沉积头41输送激光和涂层粉末，以通过激光沉积头41在管状结构2内表面形成沉积层。当上述支撑控制组件3控制管状结构2以预设旋转速度转动时，管状结构2可以相对激光沉积头41做圆周运动，以实现沿管状结构2的周向，对管状结构2的内表面进行激光沉积；同时，支撑控制组件3控制激光沉积组件4沿基座1以预设滑动速度滑动，从而使激光沉积头41靠近或者远离管状结构2，以实现沿管状结构2的直径方向，对管状结构2的内表面进行激光沉积，管状结构2旋转与激光沉积组件4滑动相配合，管状结构2相对激光沉积头41做圆周运动的同时，激光沉积头41沿管状结构2的直径方向进给，最终能够实现对管状结构2内表面的全部区域进行激光沉积。基于此，解决了现有技术中，激光沉积无法实现管状结构内层沉积增材的技术问题，而激光沉积的沉积速率高、结合强度好且具有良好的保成分性，解决了现有技术中空气喷涂、热喷涂法所形成的涂层脆性高、结合强度低、易出现孔隙率高、裂纹、开裂脱落等技术问题。

具体的，参照图1和图2，上述的激光沉积设备中，支撑控制组件3包括控制器32、旋转固定组件33、支撑调节组件和滑动组件；管状结构2固定于旋转固定组件33上，支撑调节组件用于支撑管状结构2，并调节管状结构2相对激光沉积头41的位置，滑动组件滑动设置在基座1上，激光沉积组件4设置在滑动组件上；控制器32分别与旋转固定组件33和滑动组件电连接，用于在激光沉积过程中控制旋转固定组件33带动管状结构2转动，还用于控制滑动组件沿基座1滑动，从而带动激光沉积组件4沿基座1滑动。如此设置，通过支撑调节组件调节管状结构2相对位置，使得管状结构2的同一横截面上任一位置在激光沉积过程中光粉距相同，保证激光沉积层的均匀性，而控制器32能够控制旋转固定组件33带动管状结构2转动，同时控制滑动组件沿基座1滑动，从而带动激光沉积组件4沿基座1滑动，使得管状结构2转动与激光沉积组件4沿基座1滑动相配合，使得管状结构2和激光沉积头41相对圆周运动的同时，激光沉积头41轴向进给。

在一种可选方式中，上述的激光沉积设备中，滑动组件包括驱动连接的传送件和第一驱动件，传送件的一侧与基座1滑动连接，另一侧与激光沉积组件4固定连接，第一驱动件与控制器32电连接。在控制器32的控制下，第一驱动件用于驱动传送件沿基座滑动，从而带动激光沉积组件4沿基座1滑动，实现激光沉积头41的轴向进给。具体的，在控制器32的控制下，第一驱动件可以沿第一驱动方向驱动传送件，从而带动激光沉积组件沿基座滑动，以使激光沉积组件靠近管状结构，进而实现沿管状结构的第一端至第二端的方向，对管状结构进行激光沉积。也可以在控制器32的控制下，第一驱动件沿第二驱动方向驱动传送件，从而带动激光沉积组件沿基座滑动，以使激光沉积组件远离管状结构，进而实现沿管状结构的第二端至第一端的方向，对管状结构进行激光沉积。

示例性的，上述输传动件可以为传送带或链条，上述第一驱动件可以为电机，控制器通过控制电机带动传送带或链条沿基座1滑动，实现激光沉积头41的轴向进给。

在一种可选方式中，上述的激光沉积设备中，旋转固定组件33包括驱动连接的旋转固定件和第二驱动件，旋转固定件用于固定管状结构2，第二驱动件与控制器32电连接。如此设置，在控制器32的控制下，驱动旋转固定件转动，从而实现管状结构2的转动。

示例性的，上述旋转固定组件可以为三爪卡盘，上述第一驱动件可以为电机，控制器通过控制电机带动三爪卡盘转动，实现管状结构2的周向转动。

具体的，上述的激光沉积设备中，支撑调节组件包括支撑件34和调节件31，支撑件34设置在基座1上，用于支撑管状结构2，调节件31用于调节管状结构2相对激光沉积头41的位置。

在一种可选方式中，上述的激光沉积设备中，支撑件34包括液压升降件和支撑本体。如此设置，液压升降件可无级调节支撑本体的高度，进而适应不同直径的管状结构2或适应同一管状结构2的不同部分的直径。调节件31可以为丝杠调节轮，且丝杠调节轮至少包括2个，需要说明的是，参照图1，以垂直纸面的方向为前后方向，其中至少1个丝杠调节轮用于控制旋转固定组件沿与基座垂直方向运动，进而调节旋转固定组件相对激光沉积头的相对高度。其中至少1个丝杠调节轮用于控制旋转固定组件前后运动，进而调节旋转固定组件相对激光沉积头的相对前后位置。

具体的，上述的激光沉积设备中，激光沉积组件4包括激光器43、送粉器44、机械臂42和激光沉积头41；机械臂42第一端与激光器43固定连接，机械臂42第二端与激光沉积头41固定连接，用于将激光沉积头41伸入管状结构2中；激光沉积头41和机械臂42的夹角大于90°且小于180°，用于将激光和涂层粉末喷射至管状结构2内表面上。参照图3和图4，机械臂42及激光沉积头41内设有光纤421和送粉管423，光纤421第一端与激光器43的输出端连接，光纤421的第二端设置于激光沉积头41内，用于向激光沉积区域输送激光；送粉管423的第一端与送粉器44相连，送粉管423的第二端设置于激光沉积头41内，用于向激光沉积区域输送涂层粉末。如此设置，激光通过机械臂42内部的光纤421传输到激光沉积头41并发射，在管状结构2内表面上形成熔池，涂层粉末通过送粉管423传输至激光沉积头41并喷射入熔池，最终实现在管状结构2内表面上进行激光沉积，且激光沉积头41和机械臂42的夹角大于90°，送粉更加顺畅，不易堵粉。

示例性的，参照图1至图3，激光沉积头41和机械臂42间的夹角为90°，使得激光沉积头41能够向管状结构2内表面输出激光和喷射涂层粉末方向与管状结构2的夹角等于或接近90°，使得涂层粉末更容易形成在管状结构2内表面。

可选的，上述的激光沉积设备中，送粉器44和送粉管423的数目与涂层材料种类数相同。不同涂层材料填装至不同送粉器44，并通过不同送粉管423按比例输送至激光沉积区域，如此设置，可在激光沉积过程，涂层粉末混合更均匀，物料比更精确。

具体的，上述的激光沉积设备中，激光沉积组件4还包括保护气体发生器，机械臂42及激光沉积头41内设有保护气管424，保护气管424第一端与保护气体发生器连接，第二端设置于激光沉积头41内，用于在激光沉积区域形成保护气体氛围，防止涂层及管状结构2内表面在激光沉积过程中被氧化，进而使激光沉积具有良好的保成分性。

在一种可选方式中，上述的激光沉积设备中，保护气体为惰性气体，惰性气体化学性质稳定，能够有效地防止涂层及管状结构2内表面在激光沉积过程中被氧化。示例性的，当激光沉积头向下，即沉积区域位于激光沉积头下方时，保护气体可选用氩气，氩气化学性质稳定，经济性好，且密度大于空气，易在沉积区域形成良好的保护氛围。

具体的，上述的激光沉积设备中，激光沉积组件4还包括水冷系统45，水冷系统45的第一冷却流道与激光器43固定连接，用于冷却激光器43，水冷系统45的第二冷却流道422设置于机械臂42内，且位于激光沉积头41内的光纤421外侧，用于冷却光纤421，防止光纤温度过高，导致光纤涂覆层烧毁。

本发明实施例还提供一种激光沉积方法，应用于上述的激光沉积设备中，激光沉积方法包括：

根据第一沉积参数，确定管状结构的预设旋转速度；

根据第二沉积参数，确定激光沉积组件的预设滑动速度；

在管状结构上确定激光沉积定位原点，并控制激光沉积头位于激光沉积原点处；

控制管状结构以预设旋转速度进行旋转，同时控制激光沉积组件以预设滑动速度在基座上滑动，以在管状结构的内壁形成沉积层。

示例性的，激光沉积定位原点可以位于待沉积管状结构内表面靠近激光沉积组件的一侧，此时，控制管状结构以预设旋转速度进行旋转，同时控制激光沉积组件以预设滑动速度靠近管状结构，以在管状结构内壁的形成沉积层。

示例性的，激光沉积定位原点可以位于待沉积管状结构内表面靠近支撑控制组件的一侧，此时，控制管状结构以预设旋转速度进行旋转，同时控制激光沉积组件以预设滑动速度远离管状结构，以在管状结构内壁的形成沉积层。

与现有技术相比，本发明实施例提供的激光沉积方法的有益效果与上述激光沉积设备的有益效果相同，此处不做赘述。

具体的，参照图5，在根据第一沉积参数，确定管状结构的预设旋转速度之前，上述的激光沉积方法还包括：

涂层粉末烘干和搅匀，将涂层粉末在一定温度下烘干并通过混料机搅匀。进一步的，当管状结构内壁的沉积层为铬基碳化钛金属陶瓷涂层时，可以将Ti和Cr₃C₂两种涂层的粉末分别在200℃-300℃下烘干1-3h，并分别放入两台不同的V型或倒锥形混料机，各自以20rpm混合2h。示例性的，可将Ti和Cr₃C₂两种涂层的粉末分别采用200℃烘干3h，并分别放入两台不同的V型混料机，各自以20rpm混合2h。

涂层粉末填装，将涂层粉末装入激光沉积设备中的送粉器中。示例性的，将上述无结块的两种涂层粉末分别装入两台不同的送粉器。

固定管状结构，将待沉积涂层的管状结构放置在支撑件上，并将其一端固定在旋转固定件上。

调节管状结构位置，通过支撑件和调节件调节管状结构相对激光沉积组件位置。

设定激光功率和送粉率，根据激光沉积设备型号、管状结构材料、涂层材料等，设定激光功率，根据涂层粉末最佳物料质量比等，设定送粉率。进一步的，可以根据实际情况，设定激光功率为P为0.8kW-1.2kW，设定Ti粉末送粉率为0.3kg/h-1.0kg/h，Cr₃C₂粉末送粉率为Ti粉末送粉率的2倍，即0.6kg/h-2.0kg/h。示例性的，激光功率为P为1.2kW，Ti粉末送粉率为0.7kg/h，Cr₃C₂粉末送粉率为1.4kg/h。

具体的，上述的激光沉积方法中，根据第一沉积参数，确定管状结构预设旋转速度中，第一沉积参数包括激光扫描速度和管状结构内径，根据第一沉积参数，确定管状结构的预设旋转速度满足：

n＝v/(2πr)；

其中，n表示管状结构的预设旋转速度，v表示激光扫描速度，r表示管状结构内径。

示例性的，当管状结构的内径r＝150mm时，设定激光扫描速度v＝400mm/min，通过上述公式计算出管件转速n＝0.42rpm。

具体的，上述的激光沉积方法中，根据第二沉积参数，确定激光沉积组件的预设滑动速度中，第二沉积参数包括扫描间距和扫描一圈所需时间，根据第二沉积参数，确定激光沉积组件的预设滑动速度满足：

L＝s/t；

其中，L表示激光沉积组件沿基座1滑动速度，s表示扫描间距，t表示扫描一圈所需时间；

其中，s满足

s＝d/(η+1)；

其中，d表示激光光斑直径，η表示搭接率；

t满足

t＝1/n；

其中，n表示管状结构转速。

在一种可选方式中，激光沉积时，采用的搭接方式为正搭接，搭接率为30％-70％。

示例性的，设定搭接率η为70％，光斑直径d为3mm，通过上述公式计算出扫描间距s＝d/(η+1)＝1.8mm；

当上述根据第一沉积参数，确定的管状结构的预设旋转速度n＝0.42rpm时，通过上述公式计算出扫描一圈所需时间t＝1/n＝2.4min；

进而，通过上述公式计算出激光沉积组件的预设滑动速度L＝s/t＝0.750mm/min。

具体的，参照图5，在控制激光沉积头位于激光沉积原点处之后，上述的激光沉积方法还包括：

激光沉积：开启激光器、送粉器，同时开启控制器，激光器按照给定功率发射激光，在喷管内表面形成熔池，送粉器按给定的送粉率将两种粉末通过送粉管和沉积头喷射送入熔池，控制器控制管状结构以预设旋转速度进行旋转，同时控制激光沉积组件以预设滑动速度在基座上滑动。基于此，激光沉积头按照上述规划路径在管状结构内表面上扫描熔融，最终形成沉积层。

进一步的，当制备铬基碳化钛金属陶瓷涂层时，两种粉末在熔池内发生反应

由于Ti为强碳化物形成元素，在高能量激光的照射下将Cr₃C₂中的Cr置换出来形成单质Cr，其自身形成了稳定的Ti C陶瓷，冷却凝固后即在喷管内表面上形成一层铬基碳化钛金属陶瓷层。示例性的，当激光功率为P为1.2kW，Ti粉末送粉率为0.7kg/h，Cr₃C₂粉末送粉率为1.4kg/h，计算出的管件转速n＝0.42rpm，计算出的激光沉积组件的预设滑动速度L＝s/t＝0.750mm/min时，冷却凝固后即在喷管内表面上形成一层1.8mm厚度的铬基碳化钛金属陶瓷层。

在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种激光沉积设备，其特征在于，用于管状结构内壁沉积增材；所述激光沉积设备包括：基座、设置在所述基座上的支撑控制组件以及激光沉积组件；

所述管状结构安装在所述支撑控制组件上，所述激光沉积组件的激光沉积头伸入所述管状结构中；

在沉积过程中，所述支撑控制组件用于控制所述管状结构以预设旋转速度转动，并控制所述激光沉积组件沿所述基座以预设滑动速度滑动，以改变所述激光沉积头伸入所述管状结构中的位置，从而在所述管状结构的内壁形成沉积层。

2.根据权利要求1所述的激光沉积设备，其特征在于，所述支撑控制组件包括控制器、旋转固定组件、支撑调节组件和滑动组件；

所述管状结构固定于所述旋转固定组件上，所述支撑调节组件用于支撑所述管状结构，并调节所述管状结构相对所述激光沉积头的位置，所述滑动组件滑动设置在所述基座上，所述激光沉积组件设置在所述滑动组件上；

所述控制器分别与所述旋转固定组件和所述滑动组件电连接，用于在激光沉积过程中控制所述旋转固定组件带动所述管状结构转动，还用于控制所述滑动组件沿所述基座滑动，从而带动所述激光沉积组件沿所述基座滑动。

3.根据权利要求2所述的激光沉积设备，其特征在于，所述滑动组件包括驱动连接的传送件和第一驱动件；

所述传送件的一侧与所述基座滑动连接，另一侧与所述激光沉积组件固定连接，所述第一驱动件与所述控制器电连接，用于在所述控制器的控制下，驱动所述传送件沿所述基座滑动，从而带动所述激光沉积组件沿所述基座滑动。

4.根据权利要求2所述的激光沉积设备，其特征在于，所述旋转固定组件包括驱动连接的旋转固定件和第二驱动件；

所述旋转固定件用于固定管状结构，所述第二驱动件与所述控制器电连接，用于在所述控制器的控制下，驱动所述旋转固定件转动，从而带动所述管状结构转动；

和/或，所述支撑调节组件包括支撑件和调节件，所述支撑件设置在所述基座上，用于支撑所述管状结构，所述调节件用于调节所述管状结构相对所述激光沉积头的位置。

5.根据权利要求1-4任一项所述的激光沉积设备，其特征在于，所述激光沉积组件包括激光器、送粉器、机械臂和激光沉积头；

所述机械臂第一端与所述激光器固定连接，所述机械臂第二端与所述激光沉积头固定连接，用于将所述激光沉积头伸入所述管状结构中；

所述激光沉积头和所述机械臂的夹角小于180°，用于将激光和涂层粉末喷射至所述管状结构内表面上；

所述机械臂及激光沉积头内设有光纤和送粉管，所述光纤第一端与所述激光器的输出端连接，所述光纤的第二端设置于所述激光沉积头内，用于向激光沉积区域输送激光；所述送粉管的第一端与所述送粉器相连，所述送粉管的第二端设置于所述激光沉积头内，用于向所述激光沉积区域输送涂层粉末。

6.根据权利要求5所述的激光沉积设备，其特征在于，所述激光沉积组件还包括保护气体发生器，所述机械臂及激光沉积头内设有保护气管，所述保护气管第一端与所述保护气体发生器连接，第二端设置于所述激光沉积头内，用于在所述激光沉积区域形成保护气体氛围。

7.根据权利要求5所述的激光沉积设备，其特征在于，所述激光沉积组件还包括水冷系统，所述水冷系统的第一冷却流道靠近所述激光器设置，用于冷却所述激光器，所述水冷系统的第二冷却流道设置于所述机械臂内的所述光纤外侧，用于冷却所述光纤。

8.一种激光沉积方法，其特征在于，应用于权利要求1-7任一项所述的激光沉积设备中，所述激光沉积方法包括：

根据第一沉积参数，确定所述管状结构的预设旋转速度；

根据第二沉积参数，确定所述激光沉积组件的预设滑动速度；

在所述管状结构上确定激光沉积定位原点，并控制所述激光沉积头位于所述激光沉积原点处；

控制所述管状结构以预设旋转速度进行旋转，同时控制所述激光沉积组件以预设滑动速度在所述基座上滑动，以在所述管状结构的内壁形成沉积层。

9.根据权利要求8所述的激光沉积方法，其特征在于，所述第一沉积参数包括激光扫描速度和所述管状结构内径，所述根据第一沉积参数，确定所述管状结构的预设旋转速度满足：

n＝υ/(2πr)；

其中，n表示所述管状结构的预设旋转速度，υ表示所述激光扫描速度，r表示所述管状结构内径。

10.根据权利要求8所述的激光沉积方法，其特征在于，所述第二沉积参数包括扫描间距和扫描一圈所需时间，所述根据第二沉积参数，确定所述激光沉积组件的预设滑动速度满足：

L＝s/t；

其中，L表示所述激光沉积组件沿基座滑动速度，s表示所述扫描间距，t表示所述扫描一圈所需时间；

其中，所述s满足：

s＝d/(η+1)；

其中，d表示激光光斑直径，η表示搭接率；

所述t满足

t＝1/n；

其中，n表示所述管状结构转速。

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