CN114829055A - 具有多个激光熔覆焊接头的激光熔覆焊接设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有多个激光熔覆焊接头(3)的用于激光熔覆焊接的设备(1)和一种用于操作这种设备(1)的方法，该设备具有包括布置在其上以用于(近似)同时熔覆材料(M)到部件(4)的表面(41)的多个激光熔覆焊接头(3)的激光熔覆焊接单元(2)并具有一个或多个用于给激光熔覆焊接头(3)供应待施加的材料(M)的输送单元(5)和一个或多个用于给激光熔覆焊接头(3)供应激光射线(L)以执行激光熔覆焊接的激光束源(6)。

Description

具有多个激光熔覆焊接头的激光熔覆焊接设备

技术领域

本发明涉及具有多个激光熔覆焊接头(laser-deposition welding head)的激光熔覆焊接设备并涉及这种设备的操作方法。

背景技术

激光熔覆焊接是一种用于用呈丝或粉末状填料处理表面(如涂覆、修复)和部件增材制造的方法。因为对过程设定中的调节错误的较高回弹性和材料选择中的较高灵活性，粉末状填料被主要采用。粉末通过粉末喷嘴依规定角度被喷入由激光束在部件表面上产生的熔池中。在激光射线与熔池上方的粉末颗粒之间的相互作用期间，激光射线的一部分被粉末吸收。未被吸收的部分被反射或透射(多次)。粉末颗粒所吸收的辐射部分造成粉末颗粒发热，透射的辐射部分产生熔池。依据颗粒在光束物质相互作用区域内被加热的程度，填料颗粒在进入熔池之前是固态的和/或部分或完全液态的。

如果该部件随后相对于激光和供应粉末被运动，则熔池的材料移动出激光射线作用区域并且凝固形成一层。与熔融冶金结合的生产无缺陷层的前提是提供足以启动温度-时间循环的过程热，其保证基材和填料都被熔化。填料和部件材料因此依据激光功率和其它过程参数的设定值(如供应速度、轨迹距离、束直径、材料供应等)或多或少混合。粉末可被侧向或同轴喷入熔池中。

利用常见的过程控制，可以获得作为部件相对于激光束的相对速度的一般在0.2m/min和2m/min之间的供应速度。在DE102011100456B4所述的方法中，供应材料已在表面上方通过适当聚焦的高功率激光束被熔融，从而它到达已处于熔融状态的部件表面上的熔池，这通过在≥150m/min范围内进一步提高的供应速度允许快速加工部件。在根据DE102011100456B4的方法中，面积覆盖率现在比传统做法中更高(因此涂覆时间更短)，但由提高的供应速度造成的高冷却速度促成开裂(由收缩应力造成的应力裂纹)。结果，许多合金、尤其是主要用于耐磨保护的难焊合金无法再被加工。尽管提供了较高的面积覆盖率，DE102011100456B4仍无法提供合适做法来提高熔覆率(单位时间内的熔覆粉末量)。

通过提供预热给该部件，开裂趋势原则上可被减小并且熔覆率可被提高。EP0190378A1披露了部件快速加工可以如此实现，使在上述处理之前整个部件在炉内经受附加完全预热。炉加热的预热温度高达600℃。这允许材料以高达5.4m/min的供应速度被熔覆。EP1285719A1披露了改进的预热方法，其允许在避免层或基层材料开裂的同时获得显著更高的供应速度。在此方法中，工件在激光熔覆焊接过程中被感应加热。感应预热的使用限制其应用到具有合适的几何形状的部件。DE102011100456B4。符合期望的是避免耗时的过程或附加需要的部件例如像感应加热器。

因此将会符合期望的是可获得有效的激光熔覆焊接过程，其允许针对多种多样的材料的更高熔覆率且同时部件处理时间更短。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种有效的激光熔覆焊接工艺，其允许针对多种多样的材料的更高熔覆率且同时部件处理时间更短。

此目的通过一种激光熔覆焊接设备来实现，其具有激光熔覆焊接单元，激光熔覆焊接单元包括布置在其上以用于(近似)同时熔覆材料到部件表面上的多个激光焊接头，还具有一个或多个用于给激光熔覆焊接头供应待熔覆材料的输送单元和具有一个或多个用于给激光熔覆焊接头供应激光射线以进行激光熔覆焊接的激光束源。

关于术语，应该解释如下：

首先，应该明确指出的是，在本专利申请的上下文中，不定冠词和数字指示例如“一个”、“两个”等通常应被理解为“至少”所指，即理解为“至少一个”、“至少两个”等，除非它从相应上下文中明确得出，或者对技术人员而言明显或技术上必须的，在此情况下只能意味着“恰好一个”、“恰好两个”等。

术语“激光熔覆焊接”是指如下所有方法，其中，朝向待加工部件经过激光熔覆焊接头的材料例如粉末状材料通过激光束在部件表面上产生的熔池中被熔化，借助激光束，材料也通过激光熔覆焊接头朝向待加工部件地被引导经过，因此熔覆到也已通过激光束被熔化的部件表面。随后凝固的材料作为焊接于表面的材料留在那里。激光熔覆焊接头包括例如用于激光束的光学系统和粉末供应喷嘴，其包括用于待熔覆的材料的调节单元，可选地带有一体式本地保护气体供应源。激光束也可以被如此引导，即，材料已经在激光束中熔融(例如通过其焦点高于部件表面的激光束)。

术语“激光熔覆焊接单元”意味着如下部件，其包括激光熔覆焊接头。就此而言，激光熔覆焊接头例如可被附接至激光熔覆焊接单元的托板。优选地，附接可被设计成该激光熔覆焊接头可以彼此相对运动。另外，激光熔覆焊接单元整体可以布置成可在设备内空间移动，例如在设备的调节单元上。作为实施例，激光熔覆焊接单元可以布置在能在空间上借助适当的横移曲线根据需要运动激光熔覆焊接单元的机械臂上。在此情况下，激光熔覆焊接头的数量至少为两个。因此也可以在激光熔覆焊接单元中包含有三个、四个或五个以上的激光熔覆焊接头。可以位于设备内的激光熔覆焊接头的数量通常是几何问题并且由激光熔覆焊接头的和待处理部件的尺寸决定。

术语“激光熔覆焊接头”是指如下单元，其借助穿过它的激光束在待处理部件表面上产生激光焊接点并且在激光束中熔融材料，该材料也在其至部件表面的路径中经过该单元，使得它在照中后者表面时被焊接至该部件。

所熔覆的材料例如可以呈粉末状提供给激光熔覆焊接。该材料可以是任何适用于激光熔覆焊接的材料。例如该材料可以包含或由金属和/或金属陶瓷复合材料(所谓的MMC)构成。技术人员可以选择适用于各自激光熔覆焊接过程的材料。在此情况下，材料可以自单个输送单元被供给至激光头。但是，该设备也可以包括几个输送单元，借此该激光熔覆焊接头可被供应不同的材料，使得由不同的激光熔覆焊接头产生的熔覆焊接轨迹可以包括相同的或不同的材料，或者被供给一个或多个激光熔覆焊接头的材料可以在激光熔覆焊接期间被改变或从一个输送单元切换至另一个具有不同材料的单元。

激光射线通过一个或多个激光束源来提供。技术人员能选择适用于激光熔覆焊接的激光束源。

术语“(近似)同时熔覆”是指激光熔覆焊接过程，借此，针对每个激光熔覆焊接头将单独的熔覆焊接轨迹与(在先或随后的)借助其它激光熔覆焊接头的其它熔覆焊接轨迹同时地熔覆到该表面。该(近似)同时熔覆同时发生，但在部件上的其它位置处，即在部件上的不同位点发生。于是，单位时间被熔覆到表面上的该材料与激光熔覆焊接头数量成比例地增加。单独的熔覆焊接轨迹可以相接或可选地至少部分相互重叠。可选地，单独的熔覆焊接轨迹也可以被相互重叠直接熔覆。例如根据本发明的设备可以被用来在借助激光熔覆焊接处理制动盘时将3-15分钟的先前共同处理时间缩减至不到1分钟。

通过借助多个激光熔覆焊接头进行(近似)同时熔覆材料，根据本发明的设备于是允许有效的激光熔覆焊接过程，其允许与只用一种激光焊接头时可做到的相比针对各种各样的材料的更高的熔覆率以及用于部件的更短的过程时间。为了获得更短的过程时间，供应速度不一定相比于已知方法被提高，这改善熔覆层质量并有助于借助对过程合适的供应速度避免层缺陷例如像开裂。

在一个实施例中，激光熔覆焊接头均在部件表面上产生一个激光焊接点，并且相邻的激光焊接点具有垂直于部件表面上的激光焊接点的供应方向的相互间第一偏移。表述“部件表面”是指在各自激光焊接点扫过表面时的当前部件表面。部件表面不一定是在激光熔覆焊接开始前的部件的初始表面。部件表面也可以是已经被熔覆的熔覆焊接轨迹的表面或熔覆材料层的表面，因为其在熔覆后被焊接到前一表面并因此自身构成用于后续熔覆焊接轨迹的部件表面。术语“激光焊接点”是指在部件表面上的空间位点，在该处，熔融材料通过激光熔覆焊接被熔覆到该表面上。激光焊接点也可以被称为熔覆材料的熔融区，在这里，被激光射线熔融的材料遇到部件表面。术语“相邻的激光焊接点”是指两个激光焊接点，其产生被施加至部件表面的材料的熔覆焊接轨迹并且能相接和可选地至少部分相互重叠以产生材料的按区熔覆。相邻的激光熔覆焊接点可以通过相邻的激光熔覆焊接头产生。在此情况下，相邻的激光焊接点和/或激光熔覆焊接头不一定是指具有最小几何相互间距的激光焊接点或激光熔覆焊接头，而是或产生那些形成邻接的熔覆焊接轨迹的激光焊接点。因为有相邻激光焊接点的至少相互间第一偏移，部件的预热可按照既定方式被控制，这允许更容易地或依据合金地甚至能加工处理难焊合金。至少大小合适的第一偏移也减小所需再处理量。在另一实施例中，激光焊接点为了上述目的沿供应方向在该表面上产生具有材料宽度的熔覆焊接轨迹，在该焊接轨迹中，相邻激光焊接点的第一偏移在熔覆焊接轨迹的材料宽度的10％与90％之间，优选在40％与60％之间，最优选为50％。

在另一实施例中，部件表面上的相邻的激光焊接点具有在供应方向上的相互间第二偏移。因为激光焊接点的第二偏移，部件的预热也可以尤其与第一偏移结合地按既定方式来控制，这允许更容易地或依据合金地甚至可以处理难焊合金。大小合适的第二偏移尤其与第一偏移结合地也进一步减小所需再处理的量。

在一个实施例中如此设定第二偏移，即，激光焊接点在表面上引起的温度分布重叠，以致在相邻的熔覆焊接轨迹的重叠区内的材料仍具有可用于/可被加工过程接受的余热。在此情况下，激光焊接头以相对于相邻的熔覆焊接轨迹的第二偏移可被不仅用来熔覆其自身的熔覆焊接轨迹，也被用来重熔相邻熔覆的熔覆焊接轨迹。

在一个实施例中，该设备被设计成在该材料作为前一层按区熔覆到部件表面之后引导激光熔覆焊接头，从而进行该材料作为后续层进一步按区熔覆到前一层，以作为多层系统熔覆该材料。这允许容易产生多层系统。这些多层系统可以由相同的或不同的材料构成。多层系统可被用于生产具有比用单层系统时可能的更大的层厚的层，或者被用于通过同一加工过程熔覆多个不同功能层。在此情况下，用于后续层的熔覆过程可被用于重熔最新的熔覆层以根据希望改变其性能。利用根据本发明的设备，每一层的0.3mm-3.0mm的层厚一般可以被熔覆。如果希望有较大层厚，则它们通过相互重叠熔覆相同材料的多层来获得。同样情况适用于不同材料的层。

在另一实施例中，后续层的熔覆焊接轨迹以相对于前一层的底下的熔覆焊接轨迹的垂直于供应方向的第三偏移被熔覆到前一层。这例如意味着，个别层的轮廓可以如此重叠，即，多层系统的表面具有比各自个别层的凹凸不平小的凹凸不平，这减小任何所需再处理步骤例如喷砂和平整的强度。

在另一实施例中，熔覆层具有包括较小层厚和较大层厚的变化的层厚，其中叠置层的熔覆焊接轨迹的第三偏移被如此设定，即，后续层的较大层厚布置在前一层的较小层厚上方。这意味着多层系统的表面可以具有很小的轮廓或很小的表面不平度或粗糙度。这使得再处理步骤例如研磨以平滑多层系统内的熔覆材料表面不怎么耗时或者在合适的情况下甚至是过时的。

在另一实施例中，该设备设计成通过适当控制该输送单元给激光熔覆焊接头供应不同的材料以熔覆到部件表面。结果，来自不同的激光焊接头的相邻的熔覆焊接轨迹可以由不同的材料构成，且多层系统内的不同层可以由不同材料制造。

在另一实施例中，为此如此执行所述控制，即，多层系统的多个层由不同的材料构成，此时第一层由第一材料构成，第二层由第二材料构成。这意味着，如果多个部件利用激光熔覆焊接来处理，例如第一材料的第一层和第二材料的第二层可被熔覆到第一层。在此情况下，第二层例如可以是由耐蚀材料制造以保护第一层的性能的耐蚀层。在另一个例子中，第二层也可以是例如用于制动盘的耐磨层。在此情况下，为了增大层厚，在先的第一和第二层本身均可以是均由相同材料构成的多层制成的多层系统。

在另一实施例中，该激光熔覆焊接单元为了执行相对于部件表面的运动而活动布置在该设备中，优选借助运动单元。通过引导激光熔覆焊接单元经过表面例如在回转表面上或沿旋转的轴杆，这允许部件被灵活按区处理。

在另一实施例中，这些激光熔覆焊接头为了执行彼此相对运动而活动布置在该设备中(优选借助激光熔覆焊接头运动单元)。这允许个别熔覆焊接轨迹被彼此相对精确引导并越过待处理的部件表面。

在另一实施例中，该设备包括控制单元，其设计成适当控制至少所述激光熔覆焊接单元的和/或激光熔覆焊接头的和/或输送单元的和/或激光束源的运动以执行激光熔覆焊接，为此该控制单元被适当连接至这些部件。该控制单元可以是基于软件的机器控制器，其上安装有合适的控制程序并且控制程序被相应运行以控制加工过程。

本发明进一步涉及一种操作根据本发明的激光熔覆焊接设备的方法，具有包括布置在其上的多个激光熔覆焊接头的激光熔覆焊接单元，该方法包括以下步骤：(近似)同时熔覆(材料至部件表面。通过借助多个激光熔覆焊接头(近似)同时熔覆材料，该方法提供有效的激光熔覆焊接过程，其允许与只利用一个激光焊接头时可做到的相比针对各种各样材料的更高的熔覆率以及用于部件的更短的过程时间。为了获得更短的过程时间，供应速度不一定相比于已知方法被提高，这改善熔覆层的质量并借助适用于该加工过程的供应率有助于避免层缺陷例如开裂。

在该方法的一个实施例中，每个激光熔覆焊接头在部件表面产生一个激光焊接点，其中该方法包括如下进一步步骤：以垂直于部件表面上的激光焊接点的供应方向的相互间第一偏移移动相邻激光焊接点。

在另一实施例中，该方法包括如下进一步步骤：在部件表面上以在供应方向上的相互间第二偏移移动相邻的激光焊接点。

在另一实施例中，该方法包括如下进一步步骤：通过适当连接至这些部件的控制单元来控制至少所述激光熔覆焊接单元的和/或激光熔覆焊接头的和/或输送单元的和/或激光束源的运动以执行激光熔覆焊接。

在另一实施例中，该方法包括如下进一步步骤：通过适当引导该设备的激光熔覆焊接头熔覆多层系统到部件表面上，其中在该材料作为前一层按区熔覆到部件表面上之后，发生该材料作为后续层进一步按区熔覆到前一层上。

在该方法的另一实施例中，其中该多层系统的熔覆层具有包含较小层厚和较大层厚的变化的层厚，该方法包括如下进一步步骤：设定垂直于供应方向的在后续层的熔覆焊接轨迹与前一层的底下的熔覆焊接轨迹之间的第三偏移，使得后续层的较大层厚布置在前一层的较小层厚的上方。

在另一实施例中，该方法包括如下进一步步骤，即，控制用于激光熔覆焊接头的输送单元，使得多层系统的多个层由不同的材料构成，其中第一层由第一材料构成，第二层由第二材料构成。

在该方法的另一实施例中，其中该部件、最好是制动盘包括具有旋转轴线的圆形表面，材料被熔覆在该圆形表面上，该方法包括如下进一步步骤：

-绕旋转轴线在激光熔覆焊接头下方旋转该圆形表面，使得其在圆形表面上的激光焊接点将在该激光熔覆焊接头静止时在该表面上以圆形方式延伸；和

-使该激光熔覆焊接头在旋转轴线的方向上运动，使得所述材料以螺旋熔覆焊接轨迹按区熔覆在圆形表面上。

通过结合旋转部件的激光熔覆焊接头的运动，该材料被熔覆到部件的整个区域上。用于所述部件和激光熔覆焊接头的个别运动速度尤其决定了相邻的熔覆焊接轨迹相互重叠的程度。

在该方法的另一实施例中，其中该部件、优选是轴杆包括旋转对称表面，其具有旋转轴线并且材料熔覆于其上，该方法包括以下进一步步骤：

-绕该旋转轴线在激光熔覆焊接头下方旋转该旋转对称表面、优选是轴杆的圆柱形表面，使得其在旋转对称表面上的激光焊接点将在激光熔覆焊接头静止时在该表面上以圆形方式延伸；和

-在该供应方向上平行于旋转轴线地运动该激光熔覆焊接头，使得该材料以螺旋熔覆焊接轨迹按区熔覆在该旋转对称表面上。

通过激光熔覆焊接头结合旋转部件的运动，材料也被熔覆到该部件几何形状的整个区域。用于该部件和激光熔覆焊接头的个别运动的速度尤其决定相邻的熔覆焊接轨迹彼此重叠的程度。

以上列举的实施例可以被单独使用或不同于权利要求相互援引关系地联合使用，以设计根据本发明的设备或方法。

附图说明

本发明的这些和其它的方面在图中被详细示出如下：

图1示出根据本发明的设备的实施例；

图2示出作为圆形部件例子的制动盘的俯视图，具有在根据本发明的设备的激光熔覆焊接过程中的激光焊接点的动态行为，设备在此实施例中具有四个激光熔覆焊接头；

图3示出作为旋转对称部件的例子的轴杆的透视图，具有在根据本发明的设备的激光熔覆焊接过程中的激光熔覆焊接点的动态行为，设备在此实施例中具有三个激光熔覆焊接头；

图4示出利用本发明的设备按区熔覆的熔覆焊接轨迹的示例性侧视图，(a)以单层形式，(b)以具有比图4的(a)更大的第一偏移的单层形式，并且(c)是多层系统的；和

图5示出根据本发明的用于操作本发明设备的方法的实施例。

具体实施方式

图1示出根据本发明的用于激光熔覆焊接的设备1的实施例，具有激光熔覆焊接单元2，其包括在此情况下例如是两个的激光熔覆焊接头3，激光熔覆焊接头布置在激光熔覆焊接单元2上以便沿对于每一个激光熔覆焊接头的各自熔覆焊接轨迹MS(近似)同时熔覆材料M到部件4的表面41上，设备1还具有一个或多个输送单元5(在此象征性作为单元5示出)用于给激光熔覆焊接头3供应待施加的材料M，设备1还具有一个或多个激光束源6(在此象征性作为单元6示出)用于给激光熔覆焊接头3供应激光射线L以进行激光熔覆焊接，并且设备1还具有控制单元7，其设计成适当控制至少激光熔覆焊接单元2的和/或激光熔覆焊接头3的和/或输送单元5的和/或激光束源6的运动以执行激光熔覆焊接，为此目的，该控制单元7例如通过数据线或由实线表示的其它连接机构适当连接至这些部件。激光熔覆焊接头3包括用于引导激光射线束的光学系统、包括调节单元的粉末供应喷嘴和可选的本地保护气体供应装置。适用于激光熔覆焊接的激光束源是已知的。在此所示的这两个激光熔覆焊接头3均在部件4的初始表面41上且因此在先前定位的激光熔覆焊接头3的熔覆焊接轨迹MS上产生激光焊接点31，其中这两个激光焊接点31相对于部件4的表面41在供应方向VR上具有相互间的第二偏移R2。就此而言，初始表面41和第一熔覆焊接轨迹MS的表面都被称为部件表面41，材料通过熔覆焊接轨迹MS被熔覆于其上。另外，尽管在此未被明确示出，但这两个激光焊接点31可以具有垂直于部件4表面41上的激光焊接点31的供应方向VR的相互间的第一偏移R1。设备1可设计成借助输送单元4的适当控制给激光熔覆焊接头3供应不同材料以熔覆到部件4表面41上。在此情况下，设备1包括一个输送单元5用于每种不同材料。为了以相邻布置的多个熔覆焊接轨迹MS涂覆部件4的整个面积，激光熔覆焊接单元2可以为了执行相对于部件4表面41的运动而活动布置在设备1中，优选借助运动单元。技术人员能够使用合适的运动单元用于各自部件和待产生的材料熔覆。就此而言，激光熔覆焊接头3还能以彼此可相对运动的方式布置在设备1中以进行运动，尤其借助对其同样适用的激光熔覆焊接头运动单元。待加工的部件可以具有不同的几何形状和尺寸并且可以由不同的材料的制造。依据待处理的部件，所用的激光熔覆焊接头的数量可以改变，尽管总是使用至少两个激光熔覆焊接头。

图2示出作为圆形部件4的例子的制动盘42的俯视图，其具有在根据本发明的设备1的激光熔覆焊接过程中的激光焊接点31的动态行为，该设备在此实施例中具有四个激光熔覆焊接头3用于(近似)同时熔覆110材料M至部件4的表面41。在其它实施例中，激光熔覆焊接头的数量也可以是两个、三个、五个或六个以上，其中，最大数量仅由激光熔覆焊接头3的尺寸和部件4上方的可用空间的限制。在此所示的四个激光熔覆焊接头3均在部件4的表面41上产生激光焊接点31，其中，四个激光焊接点31具有垂直于部件4表面41上的激光焊接点31的供应方向VR的相互间的第一偏移R1，并且在该方法期间以第一偏移在表面41上运动。于是，激光焊接点31沿供应方向VR在表面41上产生具有材料宽度MB的熔覆焊接轨迹MS，在焊接轨迹中，相邻的激光焊接点31的第一偏移R1在熔覆焊接轨迹MS的材料宽度MB的10％与90％之间，优选在40％与60％之间，最优选为50％。此外，部件4的表面41上的相邻的激光焊接点31在供应方向VR上相互间具有第二偏移R2，其在这里对于激光焊接点31距制动盘42中心的各自径向距离均为制动盘42周长的四分之一，作为部件4的制动盘52的旋转轴线D经过该中心。第二偏移R2在此情况下被设定成由激光焊接点31在表面41上引起的温度分布重叠，以致在相邻熔覆焊接轨迹MS的重叠区内的材料M仍具有可被用于加工过程/加工过程可接受的余热。可用的/可接受的余热将是例如相邻的熔覆焊接轨迹MS中的一个或多个材料在此因在刚熔覆的熔覆焊接轨迹MS的激光焊接点中引起的温度而仍能变形的温度。制动盘42可以通过螺纹孔42a被安装在转台上，借助转台使制动盘42绕旋转轴线D旋转。为了熔覆材料M至制动盘42，圆形表面41在激光熔覆焊接头3下方绕旋转轴线D被旋转180，使得其在圆形表面41上的激光焊接点31将会在激光熔覆焊接头3静止时在表面41上以圆形方式延伸，同时使激光熔覆焊接头3在旋转轴线D方向上移动190，使得材料M以螺旋形并合或部分重叠的熔覆焊接轨迹MS按区熔覆在圆形表面41上。

图3示出作为旋转对称的部件4的例子的轴杆43的透视图，其在本发明设备1的激光熔覆焊接过程中具有激光焊接点31的动态行为，设备在此实施例中具有用于(近似)同时熔覆110材料M到轴杆43的表面41上的三个激光熔覆焊接头3，它们在此为了清楚起见未被详细示出。在其它实施例中，激光熔覆焊接头的数量也可以是两个、四个或五个以上，其中最大数量仅由激光熔覆焊接头3的尺寸和在部件4上方可获得的空间限制。三个激光熔覆焊接头3均在部件4的表面41上产生一个激光焊接点31，相邻的激光焊接点31具有垂直于部件4表面41上的激光焊接点31的供应方向VR的相互间第一偏移R1，其中相邻的激光焊接点31的第一偏移R1在熔覆焊接轨迹MS的材料宽度MB的10％与90％之间，优选在40％与60％之间，最优选为50％。同样，在部件4表面41上的相邻的激光焊接点31具有在供应方向VR的相互间第二偏移R2，该偏移被设定为由激光焊接点31在表面41上引起的温度分布重叠，以致在相邻的熔覆焊接轨迹MS的重叠区内的材料M仍具有可被用于加工过程/可被加工过程接受的余热，同样的情况在此适用于图2。为了熔覆材料M，在此情况下是轴杆43的圆柱形表面的旋转对称表面41在此情况下绕旋转轴线D在激光熔覆焊接头3下方被旋转200，使得其在旋转对称表面41上的激光焊接点31将在激光熔覆焊接头3静止时在表面41上以圆形方式延伸，并且激光熔覆焊接头3在供应方向VR上平行于旋转轴线D被移动210，使得材料M以螺旋形熔覆焊接轨迹MS按区熔覆在旋转对称表面41上。在先移动210是相对移动，其中，激光熔覆焊接头3(以任意期望数量)被运动经过轴杆43，或者轴杆43在激光熔覆焊接头3被运动。为此，轴杆43可以在对应运动单元内被可旋转地且可选地可纵向移动地夹紧。

图4示出利用根据本发明的设备按区熔覆的熔覆焊接轨迹MS的示例性侧视图，(a)以单层形式，(b)以具有比图4的(a)更大的第一偏移R1的单层形式，(c)例如是由层S1和S2构成的作为双层系统的多层系统。在图4的(c)中，激光熔覆焊接头3已经被如此引导，即，在材料M作为前一层S1被按区熔覆在部件4的表面41上之后，执行将材料M作为后续层S1进一步按区熔覆到前一层S1，以便作为双层系统SS熔覆该材料，其中，后续层S2的熔覆焊接轨迹MS具有垂直于供应方向VR的相对于前一层S1的底下的熔覆焊接轨迹MS的第三偏移R3。因为熔覆层S1、S2具有包含较小层厚SD1和较大层厚SD2的变化的层厚，故两个叠置层S1、S2的熔覆焊接轨迹的第三偏移R3被设定为后续层的较大层厚SD2布置在前一层S1的较小层厚SD1上以最小化双层系统的表面的所造成的凹凸不平。同样情况适用于由超过两个的层构成的多层系统。就此而言，多层系统SS的层S1、S2可以由不同材料M构成，例如由第一材料M1制造在此处所示的双层系统的情况下的第一层S1，由第二材料M2制造其第二层S2。

图5示出根据本发明的操作本发明的用于激光熔覆焊接的设备1的方法100的一个实施例，该设备具有包括安置在其上的多个激光熔覆焊接头3的激光熔覆焊接单元2，该方法包括以下步骤：(近似)同时熔覆110材料M到部件4的表面41上。在此情况下，每个激光熔覆焊接头3在部件4的表面41上产生一个激光焊接点31。相邻的激光焊接点31能以垂直于激光焊接点31的供应方向VR的相互间第一偏移R1在部件4的表面41上运动120。同样，在部件4的表面41上的相邻的激光焊接点31能以在供应方向VR上的相互间的第二偏移R2运动130。在此情况下，激光熔覆焊接单元2的和/或激光熔覆焊接头3的和/或输送单元5的和/或激光束源6的运动可通过适当连接至这些部件2、3、5、6的控制单元7被控制140以执行激光熔覆焊接。多层系统SS可以通过适当引导设备1的激光熔覆焊接头3而被熔覆150到部件4的表面41，其中，在材料M作为前一层S1按区熔覆到部件4的表面41之后，发生材料M作为后续层S1进一步按区熔覆到前一层S1上。在此情况下，多层系统S的熔覆层S1、S2可以具有包含较小层厚SD1和较大层厚SD2的变化的层厚。垂直于供应方向VR的第三偏移R3可被设定160在后续层S2的熔覆焊接轨迹MS与前一层S1的底下的熔覆焊接轨迹MS之间，使得后续层的较大层厚SD2布置在前一层S1的较小层厚SD1上方。在此情况下，用于激光熔覆焊接头3的输送单元5可以被如此控制170，即，多层系统SS的这些层S1、S2由不同的材料M构成，其中由第一材料M1构成第一层S1和由第二材料M2构成第二层S2。在部件4、优选是制动盘42包括具有旋转轴线D且该材料熔覆于其上的圆形表面41的一个实施例中，方法100包括如下进一步步骤，在激光熔覆焊接头3下方绕旋转轴线D旋转180该圆形表面41，使得它们在圆形表面41上的激光焊接点31将在激光熔覆焊接头3静止时在表面41上以圆形方式延伸，在旋转轴线D方向上移动190激光熔覆焊接头3，使得材料M以螺旋熔覆焊接轨迹MS按区熔覆在圆形表面41上。在部件4优选是轴杆43包括具有旋转轴线D且材料熔覆于其上的旋转对称表面41的另一实施例中，方法100包括以下进一步步骤，在激光熔覆焊接头3下方绕旋转轴线D旋转200旋转对称表面41、优选是轴杆43的圆柱形表面，使得其在旋转对称表面41上的激光焊接点31将会在激光熔覆焊接头3静止时在表面41上以圆形方式延伸，并且在供应方向VR上平行于旋转轴线D地移动210激光熔覆焊接头3，使得材料M以螺旋熔覆焊接轨迹MS按区熔覆在旋转对称表面41上。

附图标记列表

1 根据本发明的激光熔覆焊接设备

2 激光熔覆焊接单元

3 激光熔覆焊接头

31 激光焊接点

4 部件

41 待熔覆该材料的部件表面

42 制动盘

42a 螺纹孔

43 轴杆

5 输送单元

6 激光束源

7 控制单元

100 根据本发明的用于操作激光熔覆焊接设备的方法

110 通过多个激光熔覆焊接头(近似)同时熔覆材料(M)至部件表面

120 以垂直于激光焊接点的供应方向的相互间的第一偏移移动相邻的激光焊接点

130 以在供应方向上的相互间的第二偏移移动相邻的激光焊接点

140 通过适当连接的控制单元至少控制该激光熔覆焊接单元的和/或该激光熔覆焊接头的和至少输送单元的和/或激光束源的运动

150 熔覆多层系统到该部件表面上

160 设定垂直于供应方向的在后续层的熔覆焊接轨迹与前一层的底下的熔覆焊接轨迹之间的第三偏移

170 控制用于激光熔覆焊接头的输送单元，使得多层系统的层由不同的材料构成

180 在激光熔覆焊接头下方绕旋转轴线旋转该圆形表面

190 在该表面的旋转轴线的方向上移动激光熔覆焊接头

200 在激光熔覆焊接头下方绕旋转轴线旋转该旋转对称表面

210 在供应方向上平行于旋转轴线地移动激光熔覆焊接头

D 在激光熔覆焊接中的该部件的旋转轴线

M 待熔覆材料

MB 熔覆焊接轨迹的材料宽度

MS 施加在部件表面上的材料的熔覆焊接轨迹

L 激光辐射

R1 相邻激光焊接点相互间的垂直于供应方向的第一偏移

R2 相邻激光焊接点的在供应方向上的第二偏移

R3 叠置层的熔覆焊接轨迹的垂直于供应方向的第三偏移

RB 部件的旋转方向

S1 按区熔覆的第一层材料

S2 按区熔覆的第二层材料

SD1 较小层厚

SD2 较大层厚

SS 多层系统

VR 供应方向

Claims (22)

1.一种用于激光熔覆焊接的设备(1)，所述设备具有激光熔覆焊接单元(2)，所述激光熔覆焊接单元(2)包括布置在其上的多个激光熔覆焊接头(3)，用于(近似)同时将材料(M)熔覆到部件(4)的表面(41)上，并且所述设备(1)具有用于给所述激光熔覆焊接头(3)供应待施加的所述材料(M)的一个或多个输送单元(5)和用于给所述激光熔覆焊接头(3)供应激光射线(L)以执行激光熔覆焊接的一个或多个激光束源(6)。

2.根据权利要求1所述的设备(1)，其特征是，每个所述激光熔覆焊接头(3)在所述部件(4)的所述表面(41)上产生一个激光焊接点(31)，并且相邻的激光焊接点(31)具有垂直于所述部件(4)的所述表面(41)上的所述激光焊接点(31)的供应方向(VR)的相互间的第一偏移(R1)。

3.根据权利要求2所述的设备(1)，其特征是，所述激光焊接点(31)沿所述供应方向(VR)在所述表面(41)上产生具有材料宽度(MB)的熔覆焊接轨迹(MS)，在所述熔覆焊接轨迹中相邻的所述激光焊接点(31)的所述第一偏移(R1)在所述熔覆焊接轨迹(MS)的所述材料宽度(MB)的10％与90％之间，优选在40％与60％之间，最优选为所述材料宽度(MB)的50％。

4.根据权利要求2或3所述的设备(1)，其特征是，所述部件(4)的所述表面(41)上的相邻的所述激光焊接点(31)具有在所述供应方向(VR)上的相互间的第二偏移(R2)。

5.根据权利要求4所述的设备(1)，其特征是，所述第二偏移(R2)被设定成使得由所述激光焊接点(31)在所述表面(41)上引起的温度分布重叠，以便使在相邻的熔覆焊接轨迹(MS)的重叠区内的所述材料(M)仍具有能用于加工过程/能被加工过程接受的余热。

6.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征是，所述设备(1)被设计成在所述材料(M)作为前一层(S1)按区熔覆到所述部件(4)的所述表面(41)上之后引导所述激光熔覆焊接头，从而将所述材料(M)作为后续层(S1)进一步按区熔覆到所述前一层(S1)上以便将所述材料作为多层系统(SS)进行熔覆。

7.根据权利要求6所述的设备(1)，其特征是，所述后续层(S2)的熔覆焊接轨迹(MS)以垂直于所述供应方向(VR)相对于所述前一层(S1)的底下的熔覆焊接轨迹(MS)的第三偏移(R3)被熔覆到所述前一层(S1)上。

8.根据权利要求7所述的设备(1)，其特征是，所述熔覆层(S1,S2)具有包含较小层厚(SD1)和较大层厚(SD2)的变化的层厚，其中，叠置的层(S1,S2)的所述熔覆焊接轨迹的所述第三偏移(R3)被设定为使得所述后续层的较大层厚(SD2)被布置在所述前一层(S1)的较小层厚(SD1)的上方。

9.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征是，所述设备(1)被设计成通过适当控制所述输送单元(5)来给所述激光熔覆焊接头(3)供应不同的材料以熔覆到所述部件(4)的所述表面(41)上。

10.根据权利要求9所述的设备(1)，其特征是，执行所述控制，使得多层系统(SS)的所述层(S1,S2)由不同的材料(M)构成，其中，第一层(S1)由第一材料(M1)构成，第二层(S2)由第二材料(M2)构成。

11.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征是，所述激光熔覆焊接单元(2)为了执行相对于所述部件(4)的所述表面(41)的运动而优选通过运动单元被活动布置在所述设备(1)中。

12.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征是，所述激光熔覆焊接头(3)为了执行彼此相对运动而优选通过激光熔覆焊接头运动单元被活动布置在所述设备(1)中。

13.根据前述权利要求中任一项所述的设备(1)，其特征是，所述设备包括控制单元(7)，所述控制单元(7)被设计成适当控制至少所述激光熔覆焊接单元(2)的和/或所述激光熔覆焊接头(3)的和/或所述输送单元(5)的和/或所述激光束源(6)的运动以执行激光熔覆焊接，为此所述控制单元(7)被适当连接至这些部件(2,3,5,6)。

14.一种操作根据前述权利要求中任一项所述的用于激光熔覆焊接的设备(1)的方法(100)，所述设备(1)具有激光熔覆焊接单元(2)，所述激光熔覆焊接单元(2)包括被布置在其上的多个激光熔覆焊接头(3)，所述方法包括将材料(M)(近似)同时熔覆(110)至部件(4)的表面(41)上的步骤。

15.根据权利要求14所述的方法(100)，其中，每个所述激光熔覆焊接头(3)在所述部件(4)的所述表面(41)上产生激光焊接点(31)，所述方法包括以下的进一步步骤：以垂直于所述部件(4)的所述表面(41)上的激光焊接点(31)的供应方向(VR)的相互间的第一偏移(R1)移动(120)相邻的激光焊接点(31)。

16.根据权利要求15所述的方法(100)，所述方法包括以下进一步步骤：在所述部件(4)的所述表面(41)上以在所述供应方向(VR)上的相互间的第二偏移(R2)移动(130)所述相邻的激光焊接点(31)。

17.根据权利要求14至16中任一项所述的方法(100)，所述方法包括以下进一步步骤：借助适当连接至所述激光熔覆焊接单元(2)、所述激光熔覆焊接头(3)、输送单元(5)、和激光束源(6)的控制单元(7)来控制(140)至少所述激光熔覆焊接单元(2)的和/或所述激光熔覆焊接头(3)的和/或输送单元(5)的和/或激光束源(6)的运动以执行激光熔覆焊接。

18.根据权利要求14至17中任一项所述的方法(100)，所述方法包括以下进一步步骤：通过适当引导所述设备(1)的所述激光熔覆焊接头(3)将多层系统(SS)熔覆(150)到所述部件(4)的所述表面(41)上，其中，在所述材料(M)作为前一层(S1)被按区熔覆到所述部件(4)的所述表面(41)上之后，将所述材料(M)作为后续层(S1)进一步按区熔覆到所述前一层(S1)上。

19.根据权利要求18所述的方法(100)，其中，所述多层系统(S)的熔覆层(S1,S2)具有包含较小层厚(SD1)和较大层厚(SD2)的变化的层厚，所述方法包括以下进一步步骤：设定(160)垂直于所述供应方向(VR)的在所述后续层(S2)的熔覆焊接轨迹(MS)与所述前一层(S1)的底下的熔覆焊接轨迹(MS)之间的第三偏移(R3)，使得所述后续层的所述较大层厚(SD2)被布置在所述前一层(S1)的较小层厚(SD1)的上方。

20.根据权利要求18或19所述的方法(100)，所述方法包括以下进一步步骤：控制(170)用于所述激光熔覆焊接头(3)的所述输送单元(5)，使得所述多层系统(SS)的这些层(S1,S2)由不同的材料(M)构成，其中，第一层(S1)由第一材料(M1)构成，第二层(S2)由第二材料(M2)构成。

21.根据权利要求14至20中任一项所述的方法(100)，其中，所述部件(4)优选制动盘(42)包括圆形表面(41)，所述圆形表面(41)具有旋转轴线(D)并且所述材料被熔覆于所述圆形表面(41)上，所述方法包括以下进一步步骤：

-在所述激光熔覆焊接头(3)的下方绕所述旋转轴线(D)旋转(180)所述圆形表面(41)，使得它们在所述圆形表面(41)上的激光焊接点(31)将在所述激光熔覆焊接头(3)静止时在所述表面(41)上以圆形方式延伸；和

-在所述旋转轴线(D)的方向上移动(190)所述激光熔覆焊接头(3)，使得所述材料(M)以螺旋熔覆焊接轨迹(MS)按区熔覆在所述圆形表面(41)上。

22.根据权利要求14至20中任一项所述的方法(100)，其中，所述部件(4)优选是轴杆(43)包括旋转对称表面(41)，所述旋转对称表面(41)具有旋转轴线(D)并且所述材料被熔覆于所述旋转对称表面(41)上，所述方法包括以下进一步步骤：

-在所述激光熔覆焊接头(3)下方绕所述旋转轴线(D)旋转(200)所述旋转对称表面(41)优选是轴杆(43)的圆柱形表面，使得其在所述旋转对称表面(41)上的激光焊接点(31)将在所述激光熔覆焊接头(3)静止时在所述旋转对称表面(41)上以圆形方式延伸；和

-在所述供应方向(VR)上平行于所述旋转轴线(D)地移动(210)所述激光熔覆焊接头(3)，使得所述材料(M)以螺旋熔覆焊接轨迹(MS)按区熔覆在所述旋转对称表面(41)上。

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