CN115491672B - 一种超高速激光熔覆涂层表面微气孔的修复装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及激光加工技术领域，具体公开了一种超高速激光熔覆涂层表面微气孔的修复装置及其方法，所述方法包括以下步骤：步骤一、对熔覆涂层表面打磨，清理表面浮粉；步骤二、将激光定位于熔覆涂层表面微气孔缺陷处，激光焦点位置设置为涂层表面以下0～0.2mm；步骤三、将激光切换至脉冲模式，设定激光参数；本发明首先通过脉冲激光对超高速激光熔覆涂层表面微气孔周边材料进行重熔，可以有效改善气孔的尺寸和形状，使该气孔变为规则下凹圆弧形，为后续的修复打好基础。再通过送粉和脉冲激光配合，实现对涂层微气孔缺陷的修复。
Description
技术领域
本发明涉及激光加工技术领域，具体公开了一种超高速激光熔覆涂层表面微气孔的修复装置及其方法。
背景技术
超高速激光熔覆通过同步送粉添料方式，利用高能密度的束流将能量大部分作用于工件上方的粉末，使粉末材料与高速运动的基体材料表面同时熔化，并快速凝固后形成稀释率极低，与基体呈冶金结合的熔覆层，极大提高熔覆速率，显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化等工艺特性的工艺方法。其制备的涂层稀释率极低(＜2％)，涂层厚度在50～500μm之间，表面光洁度高，后续仅需磨削加工即可投入使用，具有优质、高效、绿色等优势，被誉为替代传统电镀工艺的绿色制造技术，具有广阔的应用前景。
与常规激光熔覆相比，超高速激光熔覆单层熔覆厚度较小、搭接率高、熔覆速度快，因此针对一些高熔点、高合金含量的材料以及大尺寸工件难以形成稳定、致密的熔覆层，在涂层表面极易出现微气孔缺陷。在实际工程应用中，只能通过机加工将涂层去除后重新进行激光熔覆，显著增加了成本和生产周期。因此对超高速激光熔覆涂层表面微气孔实现修复可有效解决这一难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超高速激光熔覆涂层表面微气孔的修复装置及其方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：本发明提供一种超高速激光熔覆涂层表面微气孔的修复方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一、对熔覆涂层表面打磨，清理表面浮粉；
步骤二、将激光定位于熔覆涂层表面微气孔缺陷处，激光焦点位置设置为涂层表面以下0～0.2mm；
步骤三、将激光切换至脉冲模式，设定激光参数；
步骤四、启动喷嘴本体(2)内的粉末循环流动系统、开启保护气送气设备，输送保护气和开启激光器，通过完成微气孔周边材料重熔；
步骤五、将步骤三中的激光器功率上调30％～50％，焦点位置升高10％～50％，设定送粉参数；
步骤六、开启送粉，粉末从送粉喷嘴中送出，完成熔覆涂层表面微气孔的修复；
步骤七、对熔覆涂层采用机加工方式加工至最终成品尺寸。
优选的，所述步骤一中的熔覆涂层厚度为0.1～1mm。
优选的，所述步骤二中微气孔直径为10～500μm，深度为0～200μm。
优选的，所述步骤三中设定的激光器功率为300～1000W，脉冲时间为100～500ms。
优选的，所述步骤五中送粉速率为10～50g/min；所述步骤六中粉末材料与所述步骤一中的涂层为同种材料。
本发明还提供一种超高速激光熔覆涂层表面微气孔的修复装置，包括圆环形激光熔覆管，所述圆环形激光熔覆管底部连接有喷嘴本体，所述喷嘴本体顶部设有套设于圆环形激光熔覆管外部的气动粉料搅拌盒，所述气动粉料搅拌盒由上至下依次被分为驱动室、均压室和加粉室；所述喷嘴本体内开设有激光熔覆通道，所述喷嘴本体的激光熔覆通道外围开设有冷却道，所述喷嘴本体内的冷却道外围呈圆周阵列设有多个与加粉室连通的送粉道，所述送粉道底端均设有放料阀，每个所述送粉道外围均设有粉末循环流动系统，所述粉末循环流动系统包括与送粉道相连通的回收槽，所述送粉道与回收槽之间设有振动板，所述振动板上设有与螺旋输送叶片配合的凸起部，所述回收槽内转动连接有与喷嘴本体转动连接的转轴，所述转轴外侧壁设有螺旋上升的螺旋输送叶片，所述回收槽顶部开设有出料口，所述出料口内设有粉料回收阀，所述回收槽底部设有滑槽，所述滑槽内密封滑动连接有滑块，所述滑槽底部开设有单独与气动设备连接的气道，所述气道通过气动管道与气动设备连接；所述气动设备能够向滑槽充气与吸气；所述转轴底部设有转动腔，所述转动腔内设有驱动轴，所述驱动轴与转轴连接，且驱动轴周侧壁设有驱动叶片，所述转动腔一侧通过保护气通道与保护气输送软管连接，所述转动腔另一侧开设有保护气喷出通道，所述保护气喷出通道通过直通道与保护气输送软管连接，所述直通道、保护气通道与保护气输送软管之间通过三通阀连接。
优选的，所述气动粉料搅拌盒内由上至下依次设有第一隔板和第二隔板，所述第一隔板和第二隔板将气动粉料搅拌盒内腔由上至下依次分为驱动室、均压室和加粉室；所述气动粉料搅拌盒内设有套设于圆环形激光熔覆管外侧壁的旋转轴，所述旋转轴贯穿所述第一隔板和第二隔板；所述第二隔板内呈圆周阵列开设有多个粉末进入道，所述粉末进入道通过导管与送粉系统连接。
优选的，所述旋转轴位于第一隔板顶部周侧壁呈圆周阵列设置有多个动力叶片，所述气动粉料搅拌盒顶部通过连接管道与保护气送气设备连接，所述气动粉料搅拌盒侧壁连接有使驱动室与均压室连通的连通管，所述旋转轴位于第二隔板的底部的部分从上至下依次连接有第一转环和第二转环，所述第二转环上呈圆周阵列设置有多个“L”形搅拌棒，所述第二转环与旋转轴之间通过锁止组件活动连接，所述均压室通过保护气输送软管与三通阀连接。
优选的，所述圆环形激光熔覆管内开设有与冷却道连通的冷却液流通通道，所述冷却道包括冷却液进入道和冷却液回流道，所述喷嘴本体的冷却液进入道和冷却液回流道底部相连通。
优选的，所述气动粉料搅拌盒外侧壁设有夹持组件，所述夹持组件顶部设有用于调节喷嘴本体位置的调节组件。
与现有技术相比，本发明的至少具有以下有益效果：
1、本发明首先通过脉冲激光对超高速激光熔覆涂层表面微气孔周边材料进行重熔，可以有效改善气孔的尺寸和形状，使该气孔变为规则下凹圆弧形，为后续的修复打好基础。再通过送粉和脉冲激光配合，实现对涂层微气孔缺陷的修复。
2、本发明的技术方案可有效实现在超高速激光熔覆实际工程应用过程中出现的涂层表面微气孔修复，工序简单易操作，解决了因返修造成的成本提高和生产周期延长的问题，提高了产品合格率。
3、本发明通过粉末循环流动系统等之间的相互配合，一方面避免因送粉道温度过高导致内部粉末沾粘至送粉道内壁的情况发生，第二方面，由于粉末在加粉室、送粉道和回收槽内循环流动，从而缩短粉末重新加料至粉末从喷嘴本体喷出的等待时间，进而提高修复效率，第三方面，由于振动板的震动，从而拨动送粉道底部的粉末进入回收槽，从而能够使粉末在加粉室、送粉道和回收槽内循环流动；第四方面，由于振动板的震动，从而进一步避免因送粉道温度过高导致内部粉末沾粘至送粉道内壁内壁的情况发生。
附图说明
图1为本发明装置三维结构示意图；
图2为本发明装置三维结构另一角度示意图；
图3为本发明喷嘴本体与气动粉料搅拌盒结构剖视图；
图4为本发明喷嘴本体剖视图；
图5为本发明图4中A部分结构放大示意图；
图6为本发明超高速激光熔覆涂层及微气孔截面示意图；
图7为本发明图6中气孔经步骤四后涂层截面示意图；
图8为本发明图6中气孔经步骤六后涂层截面示意图；
图9为本发明图6中气孔经步骤六后涂层表面照片；
图10为本发明图6中气孔经步骤七后涂层表面照片。
图中；1、圆环形激光熔覆管；2、喷嘴本体；201、激光熔覆通道；3、气动粉料搅拌盒；4、驱动室；5、均压室；6、加粉室；7、冷却道；701、冷却液进入道；702、冷却液回流道；8、送粉道；9、回收槽；10、振动板；11、转轴；12、螺旋输送叶片；13、出料口；14、滑槽；15、滑块；16、气道；17、气动管道；18、转动腔；19、驱动轴；20、驱动叶片；21、保护气通道；22、保护气输送软管；23、保护气喷出通道；24、第一隔板；25、第二隔板；26、旋转轴；27、粉末进入道；28、动力叶片；29、第一转环；30、第二转环；31、“L”形搅拌棒；32、凸起部；33、三通阀。
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，而不是全部的实施例。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。
请参阅图1至图10所示，一种超高速激光熔覆涂层表面微气孔的修复方法，包括以下步骤：
步骤一、对熔覆涂层表面打磨，清理表面浮粉；
步骤二、将激光定位于熔覆涂层表面微气孔缺陷处，激光焦点位置设置为涂层表面以下0～0.2mm；
步骤三、将激光切换至脉冲模式，设定激光参数；
步骤四、启动喷嘴本体(2)内的粉末循环流动系统、开启保护气送气设备，输送保护气和开启激光器，通过完成微气孔周边材料重熔；
步骤五、将步骤三中的激光器功率上调30％～50％，焦点位置升高10％～50％，设定送粉参数；
步骤六、开启送粉，粉末从送粉喷嘴中送出，完成熔覆涂层表面微气孔的修复；
步骤七、对熔覆涂层采用机加工方式加工至最终成品尺寸。
具体的，步骤一中的熔覆涂层厚度为0.1～1mm；
具体的，步骤二中微气孔直径为10～500μm，深度为0～200μm。
具体的，步骤三中设定的激光器功率为300～1000W，脉冲时间为100～500ms。
具体的，步骤五中送粉速率为10～50g/min。
具体的，步骤六中粉末材料与步骤一中的涂层为同种材料。
本发明还提供一种超高速激光熔覆涂层表面微气孔的修复装置，包括圆环形激光熔覆管1，圆环形激光熔覆管1底部连接有喷嘴本体2，喷嘴本体2顶部设有套设于圆环形激光熔覆管1外部的气动粉料搅拌盒3，气动粉料搅拌盒3由上至下依次被分为驱动室4、均压室5和加粉室6；喷嘴本体2内开设有激光熔覆通道201，喷嘴本体2的激光熔覆通道201外围开设有冷却道7，喷嘴本体2内的冷却道7外围呈圆周阵列设有多个与加粉室6连通的送粉道8，送粉道8底端均设有放料阀，每个送粉道8外围均设有粉末循环流动系统，粉末循环流动系统包括与送粉道8相连通的回收槽9，送粉道8与回收槽9之间设有与送粉道8和回收槽9密封滑动连接的振动板10，振动板10上设有与螺旋输送叶片12配合的凸起部32，回收槽9内转动连接有与喷嘴本体2转动连接的转轴11，转轴11外侧壁设有螺旋上升的螺旋输送叶片12，回收槽9顶部开设有出料口13，出料口13内设有粉料回收阀，回收槽9底部设有滑槽14，滑槽14内密封滑动连接有滑块15，滑槽14底部开设有单独与气动设备连接的气道16，气道16通过气动管道17与气动设备连接；气动设备能够向滑槽14充气与吸气；转轴11底部设有转动腔18，转动腔18内设有驱动轴19，驱动轴19与转轴11连接，且驱动轴19周侧壁设有驱动叶片20，转动腔18一侧通过保护气通道21与保护气输送软管22连接，转动腔18另一侧开设有保护气喷出通道23，保护气喷出通道23通过直通道与保护气输送软管22连接，直通道、保护气通道21与保护气输送软管22之间通过三通阀33连接。
气动粉料搅拌盒3内由上至下依次设有第一隔板24和第二隔板25，第一隔板24和第二隔板25将气动粉料搅拌盒3内腔由上至下依次分为驱动室4、均压室5和加粉室6；气动粉料搅拌盒3内设有套设于圆环形激光熔覆管1外侧壁的旋转轴26，旋转轴26贯穿第一隔板24和第二隔板25；第二隔板25内呈圆周阵列开设有多个粉末进入道27，粉末进入道27通过导管与送粉系统连接。
旋转轴26位于第一隔板24顶部周侧壁呈圆周阵列设置有多个动力叶片28，气动粉料搅拌盒3顶部通过连接管道与保护气送气设备连接，气动粉料搅拌盒3侧壁连接有使驱动室4与均压室5连通的连通管，旋转轴26位于第二隔板25的底部的部分从上至下依次连接有第一转环29和第二转环30，第二转环30上呈圆周阵列设置有多个“L”形搅拌棒31，第二转环30与旋转轴26之间通过锁止组件活动连接，均压室5通过保护气输送软管22与三通阀33连接；具体的，保护气送气设备输送的保护气经连接管进入驱动室4，推动驱动室4内的动力叶片28旋转，动力叶片28转动并带动旋转轴26转动，旋转轴26转动并带动第一转环29和第二转环30，第一转环29和第二转环30转动并对送粉道8内的粉末进行搅拌使送粉道8内的粉末搅拌均匀，同时第二转环30将带动“L”形搅拌棒31对喷嘴本体2顶壁的粉末进行搅拌。
圆环形激光熔覆管1内开设有与冷却道7连通的冷却液流通通道，冷却道7包括冷却液进入道701和冷却液回流道702，喷嘴本体2的冷却液进入道701和冷却液回流道702底部相连通；本发明通过冷却液进入道701和冷却液回流道702，从而实现对圆环形激光熔覆管1和喷嘴本体2激光熔覆过程中产生的温度进行熔覆。
气动粉料搅拌盒3外侧壁设有夹持组件，夹持组件顶部设有用于调节喷嘴本体2位置的调节组件；本发明通过设置夹持组件夹持气动粉料搅拌盒3，从而便于通过调节组件调整喷嘴本体2和气动粉料搅拌盒3的位置以适应于不同部位的修复。
在对熔覆涂层修复时，首先通过打磨设备对熔覆涂层表面打磨，并对熔覆涂层表面浮粉清理；通过调节组件调整喷嘴本体2的位置移动至熔覆涂层待修复位置，从而将激光定位于熔覆涂层表面微气孔缺陷处，然后将激光焦点位置设置为涂层表面以下0～0.2mm、深度为0～200μm，然后将激光切换至脉冲模式，设定激光参数为300～1000W，脉冲时间为100～500ms，然后关闭送粉系统，关闭放料阀，开启出料口13内的粉料回收阀、开启保护气输送系统、控制三通阀33使保护气通道21与保护气输送软管22连通，控制气动设备吸气，开启激光器，控制锁止组件锁止，控制气动设备吸气从而使滑槽14内形成负压，在负压作用下，使滑块15下滑，滑块15下滑使送粉道8与回收槽9连通，由于保护气输送系统开启，从而将保护气经连接管送入驱动室4，推动驱动室4内的动力叶片28旋转，动力叶片28转动并带动旋转轴26转动，旋转轴26转动并带动第一转环29和第二转环30，第一转环29和第二转环30转动并对送粉道8内的粉末进行搅拌使送粉道8内的粉末搅拌均匀，同时第二转环30将带动“L”形搅拌棒31对喷嘴本体2顶壁的粉末进行搅拌；然后保护气从驱动室4经连通管进入均压室5，然后在均压室5均压后经保护气输送软管22到达三通阀33，由于此时三通阀33导通，从而使保护气经三通阀33到达保护气通道21，经保护气通道21进入转动腔18，后经保护气喷出通道23喷出，在气流作用下，从而推动驱动叶片20转动，驱动叶片20转动并带动转轴11转动，转轴11转动并带动螺旋输送叶片12转动，螺旋输送叶片12转动从而使螺旋输送叶片12外边缘与振动板10进行间歇性抵触，从而使振动板10往复振动，随着转轴11的转动，从而将送粉道8和回收槽9内的粉末输送至加粉室6，进而使粉末在加粉室6、送粉道8和回收槽9内循环流动，粉末循环流动，一方面避免因送粉道8温度过高导致内部粉末沾粘至送粉道8内壁的情况发生，第二方面，由于粉末在加粉室6、送粉道8和回收槽9内循环流动，从而缩短粉末重新加料至粉末从喷嘴本体2喷出的等待时间，进而提高修复效率，第三方面，由于振动板10的震动，从而拨动送粉道8底部的粉末进入回收槽9，从而能够使粉末在加粉室6、送粉道8和回收槽9内循环流动；第四方面，由于振动板10的震动，从而进一步避免因送粉道8温度过高导致内部粉末沾粘至送粉道8内壁的情况发生；最终按照上述方式完成熔覆涂层表面微气孔的周边材料重熔；然后将激光器功率上调30％～50％，焦点位置升高10％～50％，设定送粉参数，设定送粉速率为10～50g/min；然后开启送粉系统，开启放料阀，关闭出料口13内的粉料回收阀、开启保护气输送系统、控制三通阀33使直通道与保护气输送软管22连通，控制气动设备吹气，开启激光器，控制锁止组件锁止，控制气动设备吹气从而使滑槽14内形成气体压强增大，在气体压力作用下，从而使滑块15上滑，滑块15上滑使送粉道8与回收槽9连通的通道关闭，从而使粉末直接经送粉道8喷出，同时保护气经三通阀33、保护气喷出通道23喷出；从而完成熔覆涂层表面微气孔的修复；然后根据生产需求对熔覆涂层采用机加工方式，将熔覆涂层加工至最终成品尺寸，从而便可完成修复。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种超高速激光熔覆涂层表面微气孔的修复装置，其特征在于，包括圆环形激光熔覆管(1)，所述圆环形激光熔覆管(1)底部连接有喷嘴本体(2)，所述喷嘴本体(2)顶部设有套设于圆环形激光熔覆管(1)外部的气动粉料搅拌盒(3)，所述气动粉料搅拌盒(3)由上至下依次被分为驱动室(4)、均压室(5)和加粉室(6)；所述喷嘴本体(2)内开设有激光熔覆通道(201)，所述喷嘴本体(2)的激光熔覆通道(201)外围开设有冷却道(7)，所述喷嘴本体(2)内的冷却道(7)外围呈圆周阵列设有多个与加粉室(6)连通的送粉道(8)，所述送粉道(8)底端均设有放料阀，每个所述送粉道(8)外围均设有粉末循环流动系统，所述粉末循环流动系统包括与送粉道(8)相连通的回收槽(9)，所述送粉道(8)与回收槽(9)之间设有振动板(10)，所述振动板(10)上设有与螺旋输送叶片(12)配合的凸起部(32) ，所述回收槽(9)内转动连接有与喷嘴本体(2)转动连接的转轴(11)，所述转轴(11)外侧壁设有螺旋上升的螺旋输送叶片(12)，所述回收槽(9)顶部开设有出料口(13)，所述出料口(13)内设有粉料回收阀，所述回收槽(9)底部设有滑槽(14)，所述滑槽(14)内密封滑动连接有滑块(15)，所述滑槽(14)底部开设有单独与气动设备连接的气道(16)，所述气道(16)通过气动管道(17)与气动设备连接；所述气动设备能够向滑槽(14)充气与吸气；所述转轴(11)底部设有转动腔(18)，所述转动腔(18)内设有驱动轴(19)，所述驱动轴(19)与转轴(11)连接，且驱动轴(19)周侧壁设有驱动叶片(20)，所述转动腔(18)一侧通过保护气通道(21)与保护气输送软管(22)连接，所述转动腔(18)另一侧开设有保护气喷出通道(23)，所述保护气喷出通道(23)通过直通道与保护气输送软管(22)连接，所述直通道、保护气通道(21)与保护气输送软管(22)之间通过三通阀(33)连接；
所述修复装置用于实现超高速激光熔覆涂层表面微气孔的修复方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一、对熔覆涂层表面打磨，清理表面浮粉；
步骤二、将激光定位于熔覆涂层表面微气孔缺陷处，激光焦点位置设置为涂层表面以下0～0.2mm；
步骤三、将激光切换至脉冲模式，设定激光参数；
步骤四、启动喷嘴本体(2)内的粉末循环流动系统、开启保护气送气设备，输送保护气和开启激光器，通过完成微气孔周边材料重熔；
步骤五、将步骤三中的激光器功率上调30％～50％，焦点位置升高10％～50％，设定送粉参数；
步骤六、开启送粉，粉末从送粉喷嘴中送出，完成熔覆涂层表面微气孔的修复；
步骤七、对熔覆涂层采用机加工方式加工至最终成品尺寸。
2.根据权利要求1所述一种超高速激光熔覆涂层表面微气孔的修复装置，其特征在于，所述气动粉料搅拌盒(3)内由上至下依次设有第一隔板(24)和第二隔板(25)，所述第一隔板(24)和第二隔板(25)将气动粉料搅拌盒(3)内腔由上至下依次分为驱动室(4)、均压室(5)和加粉室(6)；所述气动粉料搅拌盒(3)内设有套设于圆环形激光熔覆管(1)外侧壁的旋转轴(26)，所述旋转轴(26)贯穿所述第一隔板(24)和第二隔板(25)；所述第二隔板(25)内呈圆周阵列开设有多个粉末进入道(27)，所述粉末进入道(27)通过导管与送粉系统连接。
3.根据权利要求2所述一种超高速激光熔覆涂层表面微气孔的修复装置，其特征在于，所述旋转轴(26)位于第一隔板(24)顶部周侧壁呈圆周阵列设置有多个动力叶片(28)，所述气动粉料搅拌盒(3)顶部通过连接管道与保护气送气设备连接，所述气动粉料搅拌盒(3)侧壁连接有使驱动室(4)与均压室(5)连通的连通管，所述旋转轴(26)位于第二隔板(25)的底部的部分从上至下依次连接有第一转环(29)和第二转环(30)，所述第二转环(30)上呈圆周阵列设置有多个“L”形搅拌棒(31)，所述第二转环(30)与旋转轴(26)之间通过锁止组件活动连接，所述均压室(5)通过保护气输送软管(22)与三通阀(33)连接。
4.根据权利要求1所述一种超高速激光熔覆涂层表面微气孔的修复装置，其特征在于，所述圆环形激光熔覆管(1)内开设有与冷却道(7)连通的冷却液流通通道，所述冷却道(7)包括冷却液进入道(701)和冷却液回流道(702)，所述喷嘴本体(2)的冷却液进入道(701)和冷却液回流道(702)底部相连通。
5.根据权利要求1所述一种超高速激光熔覆涂层表面微气孔的修复装置，其特征在于，所述气动粉料搅拌盒(3)外侧壁设有夹持组件，所述夹持组件顶部设有用于调节喷嘴本体(2)位置的调节组件。
6.根据权利要求1所述一种超高速激光熔覆涂层表面微气孔的修复装置，其特征在于，所述步骤一中的熔覆涂层厚度为0.1～1mm。
7.根据权利要求1所述一种超高速激光熔覆涂层表面微气孔的修复装置，其特征在于，所述步骤二中微气孔直径为10～500μm，深度为0～200μm。
8.根据权利要求1所述一种超高速激光熔覆涂层表面微气孔的修复装置，其特征在于，所述步骤三中设定的激光器功率为300～1000W，脉冲时间为100～500ms。
9.根据权利要求1所述一种超高速激光熔覆涂层表面微气孔的修复装置，其特征在于，所述步骤五中送粉速率为10～50g/min；所述步骤六中粉末材料与所述步骤一中的涂层为同种材料。
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