CN115433933A - 一种可控梯度涂层的激光熔覆送粉装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可控梯度涂层的激光熔覆送粉装置及方法，涉及激光熔覆领域，针对目前激光熔覆梯度涂层连续供粉困难的问题，通过配置多个粉筒配合多条输送管，同时接入熔覆头，利用控制阀对输送管和熔覆头的连通关系进行调整，配置控制阀的开启顺序、开启时间，能够对粉末材料的供给顺序、供给量进行调节，实现不同配比粉末的连续供应，使梯度涂层对应的材料能够连续供应，满足连续激光熔覆加工的供粉需求。
Description
技术领域
本发明涉及激光熔覆领域，具体涉及一种可控梯度涂层的激光熔覆送粉装置及方法。
背景技术
在激光送粉熔覆工艺中，送粉装置是重要组成部分，送粉的速度、送粉质量等直接影响了激光熔覆的质量。通过梯度材料的激光熔覆能够获取满足复杂需求的工件，但也给送粉装置的布置带来了新的问题。如今的激光熔覆送粉设备，由于不便于控制各种粉末质量分数的配比，只能通过人工配比，再倒入粉筒，且每熔覆一层涂层后，需要再次进行人工配比，才能进行下一层涂层的熔覆，以此往复来形成梯度涂层，导致梯度材料涂层之间熔覆过程无法连续进行，停工过程难以保证符合涂层的连续性，这使得通过激光熔覆技术快捷简便的制备梯度涂层变得困难，加工精度也会受影响。
目前梯度复合涂层激光熔覆技术主要有预置法和单路同步送粉法。预置法通过逐层改变预置粉末配比，利用高能量激光束得到某一成分沿涂层厚度方向逐渐增加的梯度复合层，其工作效率低，不适于工业化生产。单路同步送粉法则通过改变机械混合粉末的成分配比，逐层熔覆得到梯度复合层，但由于其激光熔覆送粉系统局限于单路送粉，导致粉末输送稳定性和混合均匀性差、送粉效率和同步程度低、更换涂层粉末易造成不同熔覆材料成分污染、粉末流动性差时易出现堵粉等问题。均难以满足梯度涂层的连续激光熔覆加工的供粉需求。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种可控梯度涂层的激光熔覆送粉装置及方法，通过配置多个粉筒配合多条输送管，同时接入熔覆头，利用控制阀对输送管和熔覆头的连通关系进行调整，配置控制阀的开启顺序、开启时间，能够对粉末材料的供给顺序、供给量进行调节，实现不同配比粉末的连续供应，使梯度涂层对应的材料能够连续供应，满足连续激光熔覆加工的供粉需求。
本发明的第一目的是提供一种可控梯度涂层的激光熔覆送粉装置，采用以下方案：包括：
包括熔覆头和分别通过输送管连通熔覆头的多个粉筒，输送管上设有控制阀，控制阀分别接入控制器；每个粉筒内均设置有分隔板，分隔板将粉筒内部腔体划分为填粉腔和连通输送管的供粉腔，填粉腔和供粉腔通过分隔板上预设通孔连通，分隔板滑动连接对应通孔布置的阀板，以调整填粉腔与供粉腔的连通状态。
进一步地，所述填粉腔和供粉腔沿粉筒轴向依次布置，供粉腔内环向侧壁设有干燥组件，供粉腔内连接输送管位置形成倾斜导向面。
进一步地，所述输送管内设有过滤网，过滤网覆盖其所处位置输送管径向截面。
进一步地，所述过滤网与粉筒之间的输送管节段侧壁上设有排污管，排污管贴合过滤网布置，且排污管上设有排污阀。
进一步地，所述控制阀位于输送管连接粉筒的一端，输送管通过控制阀接入粉筒，控制器用于开启或关闭控制阀。
进一步地，所述分隔板内设有连通通孔的安装孔，阀板滑动设置在安装孔内，以探出安装孔外封堵通孔或缩回安装孔内敞开通孔。
进一步地，所述通孔侧壁上设有环形槽，当阀板封堵通孔时，阀板外缘嵌入环形槽内，且阀板位于分隔板轴向两端面之间。
进一步地，所述熔覆头包括与输送管一一对应连通的多条熔覆通道，所有熔覆通道围绕熔覆头轴线间隔布置，以使相异通道输出不同配比的粉末。
本发明的第二目的是提供一种利用如第一目的所述一种可控梯度涂层的激光熔覆送粉装置的工作方法，包括：
向不同粉筒的填粉腔内加入不同配比的粉末，控制器获取梯度涂层熔覆需求；
开启阀板使填粉腔内粉末定量进入供粉腔，关闭阀板；
控制器依据熔覆需求配置控制阀的开启顺序、开启时间并执行，对应供粉腔内的粉末通过气力输送经输送管进入熔覆头，供给激光熔覆。
进一步地，对粉筒内的粉末进行干燥和预热，在输送管内利用气力输送作用对粉末进行过滤。
与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：
(1)针对目前激光熔覆梯度涂层连续供粉困难的问题，通过配置多个粉筒配合多条输送管，同时接入熔覆头，利用控制阀对输送管和熔覆头的连通关系进行调整，配置控制阀的开启顺序、开启时间，能够对粉末材料的供给顺序、供给量进行调节，实现不同配比粉末的连续供应，使梯度涂层对应的材料能够连续供应，满足连续激光熔覆加工的供粉需求。
(2)在保留原有送粉功能的基础上，还实现了对熔覆粉末的干燥、过滤，并可以得到熔覆涂层所需的粉末质量，且可以控制多种粉末送粉速率，简化了多梯度材料涂层的加工流程，将复杂的粉末质量配比、差量输出等工序通过控制中心的控制。
(3)实现了不同材料粉末的定制输出，提高了激光熔覆加工梯度材料涂层的加工效率，解决了原有送粉装置无法进行粉末过滤、干燥、输出方式单一且无法控制粉末质量的问题。
(4)采用特殊结构配合的分隔板和阀板，阀板整体嵌入分隔板的安装孔内，阀板通过滑动动作实现对分隔板上通孔的封堵或遮挡，位于阀板端面上的残留粉末能够在移动时被通孔圆周面刮除，减少粉末在通孔位置的残留，从而保证粉末分量的精准控制，实现精准供粉。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，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。
图1为本发明实施例1或2中激光熔覆送粉装置的结构示意图。
图2为本发明实施例1或2中激光熔覆送粉装置的结构示意图。
图3为本发明实施例1或2中分隔板与阀板的配合示意图。
图中，1.粉筒盖，2.分隔板，3.干燥组件，4.粉筒，5.控制阀，6.排污阀，7.过滤网，8.输送管，9.熔覆头，10.控制器，11.指示灯，12.阀板。
具体实施方式
实施例1
本发明的一个典型实施例中，如图1-图3所示，给出一种可控梯度涂层的激光熔覆送粉装置。
如图2所示可控梯度涂层的激光熔覆送粉装置，用于为梯度材料的激光熔覆过程供应粉末，通过配置多个粉筒4同时接入熔覆头9，根据需求使不同的粉筒4供粉至熔覆头9，同时能够对供粉时机、供粉时间、供粉种类进行调节，达到对激光熔覆过程的连续供粉。
结合图1、图2，可控梯度涂层的激光熔覆送粉装置主要包括熔覆头9、粉筒4和输送管8，粉筒4设有多个，对应梯度材料熔覆时的多种粉末，每个粉筒4通过对应的输送管8接入熔覆头9，将粉筒4内存放的粉末通过输送管8供应至熔覆头9，在熔覆头9连接的激光组件作用下，使材料熔覆于工件的指定位置。
具体的，输送管8上设有控制阀5，控制阀5分别接入控制器10；控制阀5能够依据控制器10的指令开启或关闭，同时，粉末供应时可能存在不同的需求，可以将控制阀5配置为开度可调的阀门元件，控制器10对控制阀5的开度进行调节，满足实际的供粉需求。
对于控制阀5的选择，由于输送的熔覆粉末粒径存在不均匀的情况，采用蝶阀等开度方便调节，且满足细密颗粒物料、粉末状物料的阀门。
如图1、图3所示，每个粉筒4内均设置有分隔板2，分隔板2将粉筒4内部腔体划分为填粉腔和连通输送管8的供粉腔，分离布置两个腔体，能够满足不停机填料的需求。
在供粉腔内粉末通过气力输送至熔覆头9不断消耗时，供粉腔内保持一定的气压作用，而此时，可以开启填粉腔一侧的粉筒盖1，向填粉腔内加料，在加料完毕后，关闭粉筒盖1，使填粉腔、供粉腔整体形成对外隔离的结构后，建立填粉腔和供粉腔的连通关系，将粉末从填粉腔输送至供粉腔，补充供粉腔内消耗的粉末，避免停机加粉引起的熔覆停顿等问题。
填粉腔和供粉腔通过分隔板2上预设通孔连通，分隔板2滑动连接对应通孔布置的阀板12，以调整填粉腔与供粉腔的连通状态。
如图3所示，对于分隔板2和阀板12的配合关系，分隔板2内设有连通通孔的安装孔，安装孔位于分隔板2内部，且沿分隔板2的径向布置，向远离通孔的一侧延伸形成安装孔结构。
将阀板12滑动设置在安装孔内，在阀板12相对于安装孔滑动时，能够探出安装孔外封堵通孔，缩回安装孔内敞开通孔，或局部探出安装孔并遮挡局部通孔，调整通孔的开度。
通孔侧壁上设有环形槽，环形槽适应阀板12端部结构，使得当阀板12封堵通孔时，阀板12外缘嵌入环形槽内，且阀板12位于分隔板2轴向两端面之间。
可以理解的是，采用特殊结构配合的分隔板2和阀板12，阀板12整体嵌入分隔板2的安装孔内，阀板12通过滑动动作实现对分隔板2上通孔的封堵或遮挡，位于阀板12端面上的残留粉末能够在移动时被通孔圆周面刮除作用，减少粉末在通孔位置的残留，从而保证粉末分量的精准控制，实现精准供粉。
对于粉筒4的结构，如图1所示，填粉腔和供粉腔沿粉筒4轴向依次布置，供粉腔内环向侧壁设有干燥组件3，通过干燥组件3能够对供粉腔内的粉末进行干燥，减少其板结、结粒等问题，保证输送粉末过程中的流畅性，减少堵塞问题。
可以理解的是，对于干燥组件3可以选用电热丝等，在电热丝外布置防护导热板，使热量能够辐射至供粉腔内的粉末，同时避免了粉末粘附在电热丝上；在通孔上配合阀板12开度可调节的基础上，粉末从填粉腔进入供粉腔时，粉末逐渐经过干燥组件3的作用区域，提高干燥效果。
供粉腔内连接输送管8位置形成倾斜导向面，使供粉腔内的粉末物料汇集于供粉腔的出口位置，在气流输送时，稳定夹带粉末通过输送管8进入熔覆区域，减少断供、堆积等问题。
如图1、图2所示，对于输送管8上的结构，输送管8内设有过滤网7，过滤网7覆盖其所处位置输送管8径向截面，对供粉腔输出的粉末物料进行过滤，控制进入熔覆区域的粉末粒径，减少超规格粉末进入熔覆区域导致的凸起问题。
过滤网7与粉筒4之间的输送管8节段侧壁上设有排污管，排污管贴合过滤网7布置，且排污管上设有排污阀6，能够及时清理过滤网7位置，减少过滤网7位置杂物的堆积。
控制阀5位于输送管8连接粉筒4的一端，输送管8通过控制阀5接入粉筒4，控制器10用于开启或关闭控制阀5，控制阀5处于供粉腔的出口位置，在切换材料时，能够及时停供粉末，并且使输送管8内的物料在气力输送下完全排出，减少改类型粉末在输送管8内的残留，在此粉筒4更换粉末类型时，能够保证及时输出新规格的粉末。
控制器10连接控制阀5的线路上，串联有指示灯11，当控制阀5动作时，指示灯11亮，从而标记显示此时供粉的粉筒4。
对整体而言，如图1所示，熔覆头9包括与输送管8一一对应连通的多条熔覆通道，所有熔覆通道围绕熔覆头9轴线间隔布置，以使相异通道输出不同配比的粉末。通过分隔板2配合阀板12，能够控制进入供粉腔内粉末的质量，按需供给粉末，合理控制熔覆层的厚度，满足形成梯度材料的供粉需求。
在保留原有送粉功能的基础上，还实现了对熔覆粉末的干燥、过滤，减少粉末在粉筒4内的板结、结块，并可以得到熔覆涂层所需的粉末质量，且可以控制多种粉末送粉速率，简化了多梯度材料涂层的加工流程，将复杂的粉末质量配比、差量输出等工序通过控制中心的控制。
实施例2
本发明的另一典型实施方式中，如图1-图3所示，给出一种可控梯度涂层的激光熔覆送粉装置的工作方法。
利用如实施例1中的可控梯度涂层的激光熔覆送粉装置，该工作方法包括：
向不同粉筒4的填粉腔内加入不同配比的粉末，控制器10获取梯度涂层熔覆需求；
开启阀板12使填粉腔内粉末定量进入供粉腔，关闭阀板12；
对粉筒4内的粉末进行干燥和预热，在输送管8内利用气力输送作用对粉末进行过滤；
控制器10依据熔覆需求配置控制阀5的开启顺序、开启时间并执行，对应供粉腔内的粉末通过气力输送经输送管8进入熔覆头9，供给激光熔覆。
通过配置多个粉筒4配合多条输送管8，同时接入熔覆头9，利用控制阀5对输送管8和熔覆头9的连通关系进行调整，配置控制阀5的开启顺序、开启时间，能够对粉末材料的供给顺序、供给量进行调节，实现不同配比粉末的连续供应，使梯度涂层对应的材料能够连续供应，满足连续激光熔覆加工的供粉需求。
粉筒4内填装不同规格的粉末，按照梯度涂层对应的粉末熔覆材料依次供给、熔覆，在工件表面形成所需的梯度涂层，实现了不同材料粉末的定制输出，提高了激光熔覆加工梯度材料涂层的加工效率，解决了原有送粉装置无法进行粉末过滤、干燥、输出方式单一且无法控制粉末质量的问题。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，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之内。
Claims (10)
1.一种可控梯度涂层的激光熔覆送粉装置，其特征在于，包括熔覆头和分别通过输送管连通熔覆头的多个粉筒，输送管上设有控制阀，控制阀分别接入控制器；每个粉筒内均设置有分隔板，分隔板将粉筒内部腔体划分为填粉腔和连通输送管的供粉腔，填粉腔和供粉腔通过分隔板上预设通孔连通，分隔板滑动连接对应通孔布置的阀板，以调整填粉腔与供粉腔的连通状态。
2.如权利要求1所述的一种可控梯度涂层的激光熔覆送粉装置，其特征在于，所述填粉腔和供粉腔沿粉筒轴向依次布置，供粉腔内环向侧壁设有干燥组件，供粉腔内连接输送管位置形成倾斜导向面。
3.如权利要求1所述的一种可控梯度涂层的激光熔覆送粉装置，其特征在于，所述输送管内设有过滤网，过滤网覆盖其所处位置输送管径向截面。
4.如权利要求3所述的一种可控梯度涂层的激光熔覆送粉装置，其特征在于，所述过滤网与粉筒之间的输送管节段侧壁上设有排污管，排污管贴合过滤网布置，且排污管上设有排污阀。
5.如权利要求1所述的一种可控梯度涂层的激光熔覆送粉装置，其特征在于，所述控制阀位于输送管连接粉筒的一端，输送管通过控制阀接入粉筒，控制器用于开启或关闭控制阀。
6.如权利要求1所述的一种可控梯度涂层的激光熔覆送粉装置，其特征在于，所述分隔板内设有连通通孔的安装孔，阀板滑动设置在安装孔内，以探出安装孔外封堵通孔或缩回安装孔内敞开通孔。
7.如权利要求1所述的一种可控梯度涂层的激光熔覆送粉装置，其特征在于，所述通孔侧壁上设有环形槽，当阀板封堵通孔时，阀板外缘嵌入环形槽内，且阀板位于分隔板轴向两端面之间。
8.如权利要求1所述的一种可控梯度涂层的激光熔覆送粉装置，其特征在于，所述熔覆头包括与输送管一一对应连通的多条熔覆通道，所有熔覆通道围绕熔覆头轴线间隔布置，以使相异通道输出不同配比的粉末。
9.一种利用如权利要求1-8任一项所述的可控梯度涂层的激光熔覆送粉装置的工作方法，其特征在于，包括：
向不同粉筒的填粉腔内加入不同配比的粉末，控制器获取梯度涂层熔覆需求；
开启阀板使填粉腔内粉末定量进入供粉腔，关闭阀板；
控制器依据熔覆需求配置控制阀的开启顺序、开启时间并执行，对应供粉腔内的粉末通过气力输送经输送管进入熔覆头，供给激光熔覆。
10.如权利要求9所述的工作方法，其特征在于，对粉筒内的粉末进行干燥和预热，在输送管内利用气力输送作用对粉末进行过滤。
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| 邝国熙、陈学冲: "《塑料静电喷涂》", 31 May 1980, 国防工业出版社, pages: 39 - 40 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116695115A (zh) * | 2023-06-09 | 2023-09-05 | 山东森峰激光装备有限公司 | 一种应用在梯度涂层制备的激光熔覆送粉器 |
| CN116695115B (zh) * | 2023-06-09 | 2024-01-26 | 山东森峰激光装备有限公司 | 一种应用在梯度涂层制备的激光熔覆送粉器 |
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