CN115725972A - 高强塑积激光熔覆层控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高强塑积激光熔覆层控制方法及系统，其中，通过熔覆件模型来构建熔覆层模型，通过将熔覆层划分为多个连续的区块，并且多个所述区块将所述熔覆层模型全覆盖，设定每一个区块的动作顺序和运动轨迹，以及每一区块熔覆材料的使用量、激光熔覆装置的功率控制、保护气以及送粉气的阀门开度等来对每一区块进行精确的控制，其中，区块在进行划分时，可以按照熔覆件不同熔覆区域的具体厚度等特征来划分，确保每一区块能够得到精确的控制。
Description
技术领域
本发明涉及激光熔覆技术领域，具体的是一种高强塑积激光熔覆层控制方法及系统。
背景技术
激光熔覆可以对工件表面进行处理或修复，激光熔覆的原理是指以不同的添料方式将熔覆材料添加到被熔覆基体的表面上，利用高能密度的激光辐射到基体表面，使基体表面薄层与熔覆材料快速熔化并凝固发生冶金结合，显著改善基体表面的耐磨耐蚀性。对于不同材质的工件，在进行激光熔覆时，其粉料使用量、送分气体的大小、保护气体的大小均对熔覆层产生较大的影响，在现有公开的技术中，比如：公开号为：“CN106756987A”公开了一种高强塑积激光熔覆层及其制备方法，其得到的激光熔覆层包括基体、热影响区、过渡区和熔覆区，过渡区在热影响区和熔覆区间形成，其中过渡区的金相组织为板条马氏体和奥氏体构成的双相组织，熔覆区呈细小的等轴晶组织，熔覆层具有优异的强度和塑韧性，强塑积水平高，具有优异的强度和韧性匹配，承载能力强；且本发明进一步提供了激光熔覆层的制备方法。本发明提出的激光熔覆层及制备方法，显著提高了熔覆界面的结合强度，有效消除了界面冶金缺陷、成分偏析、组织不均匀及力学性能的各向异性，降低了熔覆层因局部损伤造成失效的概率，且使得熔覆界面热量分布更加均匀。
上述公开的技术方案仅能用在熔覆层厚度情况下，对于一些异形件，比如表面具有凸起和凹槽，需要控制熔覆层厚度，以及具有弯折部或者具有和其他部件结合使用的结合部，这些部分需要通过加厚处理，以防止在使用过程中的磨损。当熔覆层厚度不断改变时，对应的粉料使用量、送分气体的大小、保护气体的大小以及激光功率都要进行精确控制，才能达到精确熔覆的效果。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种高强塑积激光熔覆层控制方法及系统。
本发明采用的技术方案如下：
本发明提供了一种高强塑积激光熔覆层控制方法，包括如下步骤：
获取熔覆件模型，基于熔覆件的材质对应的选择至少一种熔覆材料，并基于熔覆工艺参数使用熔覆材料在熔覆件模型中构建熔覆层模型；
在熔覆件模型中构建坐标系，以标定熔覆件的第一坐标数据以及熔覆层模型的第二坐标数据；
将所述熔覆层模型划分为多个区块，记录每一区块的位置；且多个所述区块将所述熔覆层模型全覆盖；
将多个所述区块基于按照位置以及第二坐标数据进行编码，通过编码来设定在进行熔覆时激光熔覆装置的动作顺序和运动轨迹；
依据设定的激光熔覆装置的动作顺序来形成多个连续的控制激光熔覆装置按照设定轨迹进行运动的控制命令，将控制命令存储在控制器的存储部；
计算熔覆层模型在每一区块内对应的体积，基于所述体积来对应的计算每一区块对应的熔覆材料的使用量以及激光熔覆装置的功率控制；并基于熔覆材料的使用量、激光熔覆装置的功率控制来设定保护气以及送粉气的阀门开度；将每一区块对应的熔覆材料的使用量、激光熔覆装置的功率控制和基于熔覆材料的使用量、激光熔覆装置的功率控制来设定保护气以及送粉气的阀门开度对应的存储在控制器的存储部，并与对应的控制指令进行对应；
在熔覆时，先利用激光定位装置来获取初始区块的初始位置，然后控制器依次对应调用存储部设定好的控制命令、熔覆材料的使用量、激光熔覆装置的功率控制和基于熔覆材料的使用量、激光熔覆装置的功率控制来设定保护气以及送粉气的阀门开度来依次对每一区块在熔覆件上进行熔覆形成熔覆层。
进一步的，所述区块设置为正方体区块。
进一步的，每一所述区块将所述熔覆层模型边缘全覆盖。
进一步的，计算熔覆层模型在每一区块内对应的体积的方法如下：
A）设定第二坐标数据的统计单元；
B）基于统计单元来计算第二坐标数据的统计单元的第一统计数量；
C）基于第二坐标数据来设定每一区块的第三坐标数据；并基于统计单元来计算第三坐标数据的统计单元的第二统计数量；
D）依据第一统计数量与第二统计数量之间的比率得到熔覆层模型在每一区块内对应的体积。
进一步的，以1立方微米作为一个统计单元，每一个统计单元代表了一个坐标点。
本申请还提供了一种高强塑积激光熔覆层控制系统，包括：
控制装置，该控制装置具有：
接口模块，用于通过USB与存储装置连接；
控制加载模块，其内设置有读写程序，用于从所述存储装置读取控制数据包；并将所述控制数据包解压以获取控制数据；
其中，控制数据包括：
多个连续的控制激光熔覆装置按照设定轨迹进行运动的控制命令；
每一控制指令对应设定的每一区块熔覆材料的使用量和激光熔覆装置的功率控制；以及
基于熔覆材料的使用量、激光熔覆装置的功率控制来设定保护气以及送粉气的阀门开度；
控制模块，用于读取控制命令、熔覆材料的使用量控制、激光熔覆装置的功率控制和基于熔覆材料的使用量、激光熔覆装置的功率控制设定保护气以及送粉气的阀门开度控制，从而实现依次对每一区块在熔覆件上进行熔覆形成熔覆层。
本申请还提供了一种高强塑积激光熔覆层控制系统，包括：
控制装置，该控制装置具有：
接入单元，用于通过USB连接至计算机；
控制参数设定模块，其内设置有可编程单元，用于通过计算机来获取可编程单元的读写权限从而将控制数据包写入至可编程单元的存储器上；
其中，控制数据包括：
多个连续的控制激光熔覆装置按照设定轨迹进行运动的控制命令；
每一控制指令对应设定的每一区块熔覆材料的使用量和激光熔覆装置的功率控制；以及
基于熔覆材料的使用量、激光熔覆装置的功率控制来设定保护气以及送粉气的阀门开度；
控制模块，用于从可编程单元的存储器上读取控制命令、熔覆材料的使用量控制、激光熔覆装置的功率控制和基于熔覆材料的使用量、激光熔覆装置的功率控制设定保护气以及送粉气的阀门开度控制，从而实现依次对每一区块在熔覆件上进行熔覆形成熔覆层。
本申请通过熔覆件模型来构建熔覆层模型，通过将熔覆层划分为多个连续的区块，并且多个所述区块将所述熔覆层模型全覆盖，设定每一个区块的动作顺序和运动轨迹，以及每一区块熔覆材料的使用量、激光熔覆装置的功率控制、保护气以及送粉气的阀门开度等来对每一区块进行精确的控制，其中，区块在进行划分时，可以按照熔覆件不同熔覆区域的具体厚度等特征来划分，确保每一区块能够得到精确的控制。
附图说明
以下附图仅对本发明作示意性的说明和解释，并不用于限定本发明的范围，其中：
图1为本发明的方法流程图；
图2为本发明的系统框架原理图；
图3为本发明实施例提供的熔覆过程示意图；
图4为本发明中区块划分的截面图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案、设计方法及优点更加清楚明了，以下结合附图通过具体实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1至图4，本发明提供了本发明提供了一种高强塑积激光熔覆层控制方法，包括如下步骤：
获取熔覆件模型，基于熔覆件的材质对应的选择至少一种熔覆材料，并基于熔覆工艺参数使用熔覆材料在熔覆件模型中构建熔覆层模型；
在熔覆件模型中构建坐标系，以标定熔覆件的第一坐标数据以及熔覆层模型的第二坐标数据；
将所述熔覆层模型划分为多个区块，记录每一区块的位置；且多个所述区块将所述熔覆层模型全覆盖；
将多个所述区块基于按照位置以及第二坐标数据进行编码，通过编码来设定在进行熔覆时激光熔覆装置的动作顺序和运动轨迹；
依据设定的激光熔覆装置的动作顺序来形成多个连续的控制激光熔覆装置按照设定轨迹进行运动的控制命令，将控制命令存储在控制器的存储部；
计算熔覆层模型在每一区块内对应的体积，基于所述体积来对应的计算每一区块对应的熔覆材料的使用量以及激光熔覆装置的功率控制；并基于熔覆材料的使用量、激光熔覆装置的功率控制来设定保护气以及送粉气的阀门开度；将每一区块对应的熔覆材料的使用量、激光熔覆装置的功率控制和基于熔覆材料的使用量、激光熔覆装置的功率控制来设定保护气以及送粉气的阀门开度对应的存储在控制器的存储部，并与对应的控制指令进行对应；
在熔覆时，先利用激光定位装置来获取初始区块的初始位置，然后控制器依次对应调用存储部设定好的控制命令、熔覆材料的使用量、激光熔覆装置的功率控制和基于熔覆材料的使用量、激光熔覆装置的功率控制设定保护气以及送粉气的阀门开度来依次对每一区块在熔覆件上进行熔覆形成熔覆层。
进一步的，所述区块设置为正方体区块。
进一步的，每一所述区块将所述熔覆层模型边缘全覆盖。
进一步的，计算熔覆层模型在每一区块内对应的体积的方法如下：
A）设定第二坐标数据的统计单元；
B）基于统计单元来计算第二坐标数据的统计单元的第一统计数量；
C）基于第二坐标数据来设定每一区块的第三坐标数据；并基于统计单元来计算第三坐标数据的统计单元的第二统计数量；
D）依据第一统计数量与第二统计数量之间的比率得到熔覆层模型在每一区块内对应的体积。
进一步的，以1立方微米作为一个统计单元，每一个统计单元代表了一个坐标点。在上述中，设定坐标数据集的统计单元，假设统计单元可以以1立方毫米作为一个统计单元，这相当于将正方体区块设定成由N个1立方毫米正方体单元构成，其中N≥1000；且为整数。比如假定每一个正方体区块为1立方厘米，那么，一个正方体区块也就是由1000个1立方毫米正方体单元堆积而成，在进行设定时，用于统计单元的单位量越小，其结果越精确，比如统计单元可以是以1立方微米作为一个统计单元时，其对应的误差可以缩减在万分之一以内。
本申请还提供了一种高强塑积激光熔覆层控制系统，包括：
控制装置，该控制装置具有：
接口模块，用于通过USB与存储装置连接；
控制加载模块，其内设置有读写程序，用于从所述存储装置读取控制数据包；并将所述控制数据包解压以获取控制数据；
其中，控制数据包括：
多个连续的控制激光熔覆装置按照设定轨迹进行运动的控制命令；
每一控制指令对应设定的每一区块熔覆材料的使用量和激光熔覆装置的功率控制；以及
基于熔覆材料的使用量、激光熔覆装置的功率控制来设定保护气以及送粉气的阀门开度；
控制模块，用于读取控制命令、熔覆材料的使用量控制、激光熔覆装置的功率控制、基于熔覆材料的使用量设定保护气以及送粉气的阀门开度控制，从而实现依次对每一区块在熔覆件上进行熔覆形成熔覆层。
本申请还提供了一种高强塑积激光熔覆层控制系统，包括：
控制装置，该控制装置具有：
接入单元，用于通过USB连接至计算机；
控制参数设定模块，其内设置有可编程单元，用于通过计算机来获取可编程单元的读写权限从而将控制数据包写入至可编程单元的存储器上；
其中，控制数据包括：
多个连续的控制激光熔覆装置按照设定轨迹进行运动的控制命令；
每一控制指令对应设定的每一区块熔覆材料的使用量和激光熔覆装置的功率控制；以及
基于熔覆材料的使用量、激光熔覆装置的功率控制来设定保护气以及送粉气的阀门开度；
控制模块，用于从可编程单元的存储器上读取控制命令、熔覆材料的使用量控制、激光熔覆装置的功率控制和基于熔覆材料的使用量、激光熔覆装置的功率控制设定保护气以及送粉气的阀门开度控制，从而实现依次对每一区块在熔覆件上进行熔覆形成熔覆层。
本申请还提供了一种熔覆实例，具体的参照图3。
将熔覆件111放置在移动平台108上，
激光装置至少包括：基座118，在基座的下部设置有激光熔覆装置100和激光定位装置114，基座118的上方设置有转动部115，转动部115用于驱动基座118进行转动，转动部115的上方设置有固定部116，固定部116用于转动部115的固定，以及在基座118还设置有控制器117；控制器117上设置有串口，可以通过USB连接存储装置或者连接计算机；
在基座118的正下方设置有送粉送气装置104，该送粉送气装置104上设置有送气通道102和送粉通道103，送气通道102和送粉通道103在送粉送气装置104中形成一个通道，
在进行熔覆时，先利用激光定位装置来获取熔覆件111初始位置，初始位置可以时熔覆件从边沿开始的一个位置，并将定位数据发送至控制器，由控制器控制激光熔覆装置100移动到初始位置正上方，然后控制器依次对应调用存储部设定好的控制命令、熔覆材料的使用量、激光熔覆装置的功率控制每一正方体区块对应的熔覆材料的使用量、基于熔覆材料的使用量、激光熔覆装置的功率控制来设定保护气以及送粉气的阀门开度来按照每一正方体区块对导卫进行依次熔覆。
在本申请中，形成的控制命令、激光熔覆装置的功率控制、每一正方体区块对应的熔覆材料的使用量、基于熔覆材料的使用量、激光熔覆装置的功率控制来设定保护气以及送粉气的阀门开度等可以预先存储在存储装置中，控制器自动的读写存储装置的存储数据来获取，或者也可以通过计算机来写入至控制器。
在熔覆时，不同的正方体区块，其对应的熔覆材料的使用量、激光熔覆装置的功率控制来设定保护气以及送粉气的阀门开度均具有差异。
熔融材料通过送粉通道103进入，由送气通道102进入的气体将熔融材料送至导卫正上方形成粉末流106，在激光熔覆装置的激光束101下在导卫表面形成一个熔池105，熔池105用于将高温熔化的熔融材料覆在导卫表面，熔覆形成熔覆层107。其中，在激光束101两侧通保护气，保护气具有如下作用：会有效保护焊缝熔池减少氧化，甚至避免被氧化；保护气体可以促使焊缝熔池凝固时均匀铺展，保护气体可以有效减小金属蒸汽羽或者等离子云对激光的屏蔽作用，让到达工件表面的激光能量增大，增大激光的有效利用率；吹入保护气体可以有效减少焊缝气孔。
熔覆层每一正方体区块内对应的体积决定了形成熔覆层的厚度，也就决定了熔融材料的使用量。不同的熔覆材料，对应的熔覆温度不同，则激光功率也就不同。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。
Claims (7)
1.高强塑积激光熔覆层控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取熔覆件模型，基于熔覆件的材质对应的选择至少一种熔覆材料，并基于熔覆工艺参数使用熔覆材料在熔覆件模型中构建熔覆层模型；
在熔覆件模型中构建坐标系，以标定熔覆件的第一坐标数据以及熔覆层模型的第二坐标数据；
将所述熔覆层模型划分为多个区块，记录每一区块的位置；且多个所述区块将所述熔覆层模型全覆盖；
将多个所述区块基于按照位置以及第二坐标数据进行编码，通过编码来设定在进行熔覆时激光熔覆装置的动作顺序和运动轨迹；
依据设定的激光熔覆装置的动作顺序来形成多个连续的控制激光熔覆装置按照设定轨迹进行运动的控制命令，将控制命令存储在控制器的存储部；
计算熔覆层模型在每一区块内对应的体积，基于所述体积来对应的计算每一区块对应的熔覆材料的使用量以及激光熔覆装置的功率控制；并基于熔覆材料的使用量、激光熔覆装置的功率控制来设定保护气以及送粉气的阀门开度；将每一区块对应的熔覆材料的使用量、激光熔覆装置的功率控制和基于熔覆材料的使用量、激光熔覆装置的功率控制来设定保护气以及送粉气的阀门开度对应的存储在控制器的存储部，并与对应的控制指令进行对应；
在熔覆时，先利用激光定位装置来获取初始区块的初始位置，然后控制器依次对应调用存储部设定好的控制命令、熔覆材料的使用量、激光熔覆装置的功率控制和基于熔覆材料的使用量、激光熔覆装置的功率控制来设定保护气以及送粉气的阀门开度来依次对每一区块在熔覆件上进行熔覆形成熔覆层。
2.根据权利要求1所述的高强塑积激光熔覆层控制方法，其特征在于，所述区块设置为正方体区块。
3.根据权利要求1所述的高强塑积激光熔覆层控制方法，其特征在于，每一所述区块将所述熔覆层模型边缘全覆盖。
4.根据权利要求1所述的高强塑积激光熔覆层控制方法，其特征在于，计算熔覆层模型在每一区块内对应的体积的方法如下：
A）设定第二坐标数据的统计单元；
B）基于统计单元来计算第二坐标数据的统计单元的第一统计数量；
C）基于第二坐标数据来设定每一区块的第三坐标数据；并基于统计单元来计算第三坐标数据的统计单元的第二统计数量；
D）依据第一统计数量与第二统计数量之间的比率得到熔覆层模型在每一区块内对应的体积。
5.根据权利要求4所述的高强塑积激光熔覆层控制方法，其特征在于，以1立方微米作为一个统计单元，每一个统计单元代表了一个坐标点。
6.高强塑积激光熔覆层控制系统，其特征在于，包括：
控制装置，该控制装置具有：
接口模块，用于通过USB与存储装置连接；
控制加载模块，其内设置有读写程序，用于从所述存储装置读取控制数据包；并将所述控制数据包解压以获取控制数据；
其中，控制数据包括：
多个连续的控制激光熔覆装置按照设定轨迹进行运动的控制命令；
每一控制指令对应设定的每一区块熔覆材料的使用量和激光熔覆装置的功率控制；以及
基于熔覆材料的使用量、激光熔覆装置的功率控制来设定保护气以及送粉气的阀门开度；
控制模块，用于读取控制命令、熔覆材料的使用量控制、激光熔覆装置的功率控制和基于熔覆材料的使用量、激光熔覆装置的功率控制设定保护气以及送粉气的阀门开度控制，从而实现依次对每一区块在熔覆件上进行熔覆形成熔覆层。
7.高强塑积激光熔覆层控制系统，其特征在于，包括：
控制装置，该控制装置具有：
接入单元，用于通过USB连接至计算机；
控制参数设定模块，其内设置有可编程单元，用于通过计算机来获取可编程单元的读写权限从而将控制数据包写入至可编程单元的存储器上；
其中，控制数据包括：
多个连续的控制激光熔覆装置按照设定轨迹进行运动的控制命令；
每一控制指令对应设定的每一区块熔覆材料的使用量和激光熔覆装置的功率控制；以及
基于熔覆材料的使用量、激光熔覆装置的功率控制来设定保护气以及送粉气的阀门开度；
控制模块，用于从可编程单元的存储器上读取控制命令、熔覆材料的使用量控制、激光熔覆装置的功率控制和基于熔覆材料的使用量、激光熔覆装置的功率控制设定保护气以及送粉气的阀门开度控制，从而实现依次对每一区块在熔覆件上进行熔覆形成熔覆层。
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| CN115216767A (zh) * | 2022-08-04 | 2022-10-21 | 北京大陆天瑞激光工程技术有限公司 | 一种用于铜母线激光熔覆银层的工艺 |
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