CN117305831A - 一种激光熔覆系统及其熔覆工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于激光熔覆技术领域，一种激光熔覆系统，包括激光发射器，控制柜，送粉器装置，加工车床装置，操控机器人装置，循环制冷装置和熔覆头组件，所述的激光发射器，送粉器装置，加工车床装置，操控机器人装置，循环制冷装置和熔覆头组件分别电性连接控制柜；所述的激光发射器和熔覆头组件相电性连接，所述的熔覆头组件和送粉器装置相管路连接设置。本发明的熔覆工艺流程清洗明了，操作简单熔覆粉料供料稳定，能够对激光喷头及覆膜完成的金属工件进行冷却降温；工作效率高，控制更加智能化，工作稳定可靠，且突出保障人机安全，环保性能高，适应了目前制造业的多种需求；从而提高基体材料的耐腐、耐磨、润滑和抗氧化等性能。

Description

一种激光熔覆系统及其熔覆工艺

技术领域

本发明属于激光熔覆技术领域，尤其涉及一种激光熔覆系统及其熔覆工艺。

背景技术

激光熔覆是指：通过同步或预置材料的方式，将外部材料添加至基体经激光辐照后形成的熔池中，并使二者共同快速凝固形成包覆层的工艺方法。

激光熔覆特点：熔覆层稀释度低但结合力强，与基体呈冶金结合，可显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化或电气特性，从而达到表面改性或修复的目的，满足材料表面特定性能要求的同时可节约大量的材料成本。与堆焊、喷涂、电镀和气相沉积相比，激光熔覆具有稀释度小、组织致密、涂层与基体结合好、适合熔覆材料多、粒度及含量变化大等特点，因此激光熔覆技术应用前景十分广阔。

从当前激光熔覆的应用情况来看，其主要应用于三个方面：一，对材料的表面改性，如燃汽轮机叶片，轧辊，齿轮等；二，对产品的表面修复，如转子，模具等。有关资料表明，修复后的部件强度可达到原强度的90％以上，其修复费用不到重置价格的1/5，更重要的是缩短了维修时间，解决了大型企业重大成套设备连续可靠运行所必须解决的转动部件快速抢修难题。另外，对关键部件表面通过激光熔覆超耐磨抗蚀合金，可以在零部件表面不变形的情况下大大提高零部件的使用寿命；对模具表面进行激光熔覆处理，不仅提高模具强度，还可以降低2/3的制造成本，缩短4/5的制造周期。三，激光增材制造。通过同步送粉或送丝的方式，进行逐层的激光熔覆，进而获得具有三维结构的零部件。该技术又可称为激光熔化沉积、激光金属沉积、激光直接熔化沉积等。

另外，中国专利公告号为CN112899679 A，发明创造名称为一种旋转激光熔覆系统及其熔覆方法，包括穿设于固定外轴一、固定外轴二和固定外轴三的旋转主轴，旋转主轴的内设置有L型光束路径、送水路径和粉路通道，L型光束路径光束入口与激光器连接，L型光束路径的出口伸出于旋转主轴的出口，L型光束路径上设置有铜反射镜、准直镜片，聚焦镜片；粉路入口设置于固定外轴三上，每个送粉通道的外侧壁上设置有与粉路入口相通的孔，送粉通道的出口与L型光束路径的激光焦点位置重合；水路的送水口和出水口设置于固定外轴二上。但是现有的激光熔覆还存在着不便于对激光喷头及覆膜完成的金属工件进行冷却降温，激光熔覆工艺较为复杂操作不方便的问题。

由鉴于此，发明一种激光熔覆系统及其熔覆工艺是非常必要的。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种激光熔覆系统及其熔覆工艺，现有的激光熔覆还存在着不便于对激光喷头及覆膜完成的金属工件进行冷却降温，激光熔覆工艺较为复杂操作不方便的问题。

一种激光熔覆系统，包括激光发射器，控制柜，送粉器装置，加工车床装置，操控机器人装置，循环制冷装置和熔覆头组件，所述的激光发射器，送粉器装置，加工车床装置，操控机器人装置，循环制冷装置和熔覆头组件分别电性连接控制柜；所述的激光发射器和熔覆头组件相电性连接，所述的熔覆头组件和送粉器装置相管路连接设置；所述的熔覆头组件与操控机器人装置相轴接设置；所述的循环制冷装置分别与加工车床装置和熔覆头组件相管路连接设置；所述的加工车床装置独立设置在激光发射器，控制柜，送粉器装置，加工车床装置，操控机器人装置和循环制冷装置的一侧并位于熔覆头组件的下部。

优选的，所述的加工车床装置包括机床主体，风冷连接管，第一支撑板和第二支撑板，所述的机床主体为矩形的不锈钢柜体设置；所述的风冷连接管镶嵌在机床主体的下部中间位置；所述的第一支撑板螺栓连接在机床主体的上部右侧位置；所述的第二支撑板螺栓连接在机床主体的上部左侧位置；所述的第一支撑板和第二支撑板左右对称状设置。

优选的，所述的风冷连接管的上部螺纹连接有横向分流盘，所述的横向分流盘的两端螺纹连接有密封赌帽，所述的横向分流盘的上部螺纹连接有喷气嘴，所述的喷气嘴设置有多个。

优选的，所述的第一支撑板的左侧轴接有支撑转盘，所述的支撑转盘的左侧镶嵌有固定螺杆，所述的固定螺杆设置有多个，所述的固定螺杆的外面螺纹连接有夹紧螺帽。

优选的，所述的第二支撑板的右侧轴接有U型卡座，所述的第二支撑板的左侧轴接有从动轮，所述的从动轮的外表面套接有驱动皮带；所述的U型卡座的上部螺纹连接有固定螺钉。

优选的，所述的机床主体的左壁上侧位置螺栓连接有驱动电机；所述的驱动电机的输出端轴接有驱动轮；所述的驱动轮和从动轮之间通过驱动皮带相连接。

优选的，所述的循环制冷装置包括冷却集中箱，冷却液箱，冷却液调节泵，循环泵和风冷机组，所述的冷却液箱焊接在冷却集中箱的内左侧位置；所述的冷却液调节泵螺栓连接在冷却集中箱的内部下侧位置；所述的循环泵螺栓连接在冷却集中箱的左上侧；所述的风冷机组螺栓连接在冷却集中箱的右上侧。

优选的，所述的冷却液箱与冷却液调节泵和循环泵之间管路连接设置；所述的冷却液调节泵与冷却液箱的下部相连通设置；所述的循环泵与冷却液箱的上部相连通设置。

优选的，所述的熔覆头组件包括熔覆集中管，激光器连接管，机械手臂连接耳板，固定卡环和熔覆喷头，所述的激光器连接管镶嵌在熔覆集中管的内部上侧中间位置；所述的固定卡环轴接在机械手臂连接耳板的右侧上下两部位置；所述的固定卡环套接在熔覆集中管的外部并用螺钉固定；所述的熔覆喷头螺纹连接在激光器连接管的下部并相互连通设置。

优选的，所述的熔覆喷头又包括粉料连接管，激光集束管，冷却液进管，冷却液回管和冷却盘管，所述的激光集束管焊接在熔覆喷头的内部中间位置；所述的粉料连接管镶嵌在熔覆喷头的两侧并与其内部相连通设置；所述的冷却液进管螺纹连接在冷却盘管的上部管路；所述的，冷却液回管螺纹连接在冷却盘管的下部管路；所述的冷却盘管镶嵌在熔覆喷头的内壁外侧。

优选的，所述的激光集束管螺纹连接在激光器连接管的下部并与其内部相连通。

优选的，所述的冷却液调节泵与冷却液进管相管路连接设置，所述的循环泵与冷却液回管相管路连接设置。

优选的，所述的粉料连接管与送粉器装置相管路连接设置。

优选的，所述的激光器连接管与激光发射器相管路连接设置。

优选的，所述的风冷机组与风冷连接管相螺纹连接设置。

优选的，所述的机械手臂连接耳板与操控机器人装置相轴接设置。

另外，该发明一种激光熔覆系统的熔覆工艺，具体包括以下步骤：

S101：基材熔覆表面预处理；

S102：预置熔覆材料；

S103：覆材的预热处理；

S104：激光熔覆处理；

S105：降温处理。

优选的，在步骤S104中的，激光熔覆处理又包括以下步骤：

SS1041：操控机器人装置的工作，激光器的激光头对准工件的表面上部；

SS1042：加工车床装置的工作，将需要熔覆加工的工具卡接在U型卡座和支撑转盘的之间位置，并位于固定螺杆和夹紧螺帽的上部；

SS1043：熔覆头组件的工作，通过送粉器装置向熔覆喷头对准的工件表面均匀送入激光熔覆用合金粉末；

SS1044：送粉器装置的工作，激光器发出激光熔化S1043激光熔覆用合金粉末，熔化产生的各种反应物覆盖在工件的表面，形成熔覆涂层；激光头在预设范围的工件表面扫描，实现该预设范围工件表面的连续熔覆。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明中，所述的风冷机组，风冷连接管，横向分流盘，密封赌帽，喷气嘴的设置，有利于对机床主体内部进行风冷降温，保障熔覆加工操作的准确进行。

2、本发明中，所述的冷却液箱，冷却液调节泵，循环泵，冷却液进管，冷却液回管和冷却盘管的设置，有利于对熔覆喷头进行水冷降温，从而配合激光熔覆操作的进行。

3、本发明中，所述的第一支撑板，支撑转盘，固定螺杆，夹紧螺帽，第二支撑板，U型卡座，从动轮，驱动皮带和驱动电机的设置，有利于对需要熔覆的基材工件进行连接固定，并对其进行旋转从而进行三百六十度的熔覆操作。

4、该激光熔覆系统的熔覆工艺流程清洗明了，操作简单熔覆粉料供料稳定，能够对激光喷头及覆膜完成的金属工件进行冷却降温；从而达到工作效率高，控制更加智能化，工作稳定可靠，且突出保障人机安全，环保性能高，能够视频本地和远程监控，具备全套的光路、粉末、热量控制解决方案，本系统提出的高速激光熔覆系统可应用在激光熔覆、激光增材、激光3d打印等领域，适应了目前制造业的多种需求；从而提高基体材料的耐腐、耐磨、润滑和抗氧化等性能。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的生产加工状态的方向示意图。

图3是本发明的加工车床装置的结构示意图。

图4是本发明的循环制冷装置的结构示意图。

图5是本发明的熔覆头组件的结构示意图。

图6是本发明的熔覆喷头的结构示意图。

图7是本发明的激光熔覆系统的熔覆工艺流程图。

图8是本发明的激光熔覆处理阶段的工艺流程图。

图中：

1、激光发射器；2、控制柜；3、送粉器装置；4、加工车床装置；41、机床主体；42、风冷连接管；421、横向分流盘；422、密封赌帽；423、喷气嘴；43、第一支撑板；431、支撑转盘；432、固定螺杆；433、夹紧螺帽；44、第二支撑板；441、U型卡座；442、从动轮；443、驱动皮带；444、驱动电机；5、操控机器人装置；6、循环制冷装置；61、冷却集中箱；62、冷却液箱；63、冷却液调节泵；64、循环泵；65、风冷机组；7、熔覆头组件；71、熔覆集中管；72、激光器连接管；73、机械手臂连接耳板；74、固定卡环；75、熔覆喷头；751、粉料连接管；752、激光集束管；753、冷却液进管；754、冷却液回管；755、冷却盘管。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步描述：

实施例：

如附图1至附图2所示，本发明提供一种激光熔覆系统，包括激光发射器1，控制柜2，送粉器装置3，加工车床装置4，操控机器人装置5，循环制冷装置6和熔覆头组件7，所述的激光发射器1，送粉器装置3，加工车床装置4，操控机器人装置5，循环制冷装置6和熔覆头组件7分别电性连接控制柜2；所述的激光发射器1和熔覆头组件7相电性连接，所述的熔覆头组件7和送粉器装置3相管路连接设置；所述的熔覆头组件7与操控机器人装置5相轴接设置；所述的循环制冷装置6分别与加工车床装置4和熔覆头组件7相管路连接设置；所述的加工车床装置4独立设置在激光发射器1，控制柜2，送粉器装置3，加工车床装置4，操控机器人装置5和循环制冷装置6的一侧并位于熔覆头组件7的下部。

如附图3所示，上述实施方案中，具体的，所述的加工车床装置4包括机床主体41，风冷连接管42，第一支撑板43和第二支撑板44，所述的机床主体41为矩形的不锈钢柜体设置；所述的风冷连接管42镶嵌在机床主体41的下部中间位置；所述的第一支撑板43螺栓连接在机床主体41的上部右侧位置；所述的第二支撑板44螺栓连接在机床主体41的上部左侧位置；所述的第一支撑板43和第二支撑板44左右对称状设置；

所述的风冷连接管42的上部螺纹连接有横向分流盘421，所述的横向分流盘421的两端螺纹连接有密封赌帽422，所述的横向分流盘421的上部螺纹连接有喷气嘴423，所述的喷气嘴423设置有多个；

所述的第一支撑板43的左侧轴接有支撑转盘431，所述的支撑转盘431的左侧镶嵌有固定螺杆432，所述的固定螺杆432设置有多个，所述的固定螺杆432的外面螺纹连接有夹紧螺帽433；

所述的第二支撑板44的右侧轴接有U型卡座441，所述的第二支撑板44的左侧轴接有从动轮442，所述的从动轮442的外表面套接有驱动皮带443；所述的U型卡座441的上部螺纹连接有固定螺钉。

上述实施方案中，具体的，所述的机床主体41的左壁上侧位置螺栓连接有驱动电机444；所述的驱动电机444的输出端轴接有驱动轮；所述的驱动轮和从动轮442之间通过驱动皮带443相连接。

如附图4所示，上述实施方案中，具体的，所述的循环制冷装置6包括冷却集中箱61，冷却液箱62，冷却液调节泵63，循环泵64和风冷机组65，所述的冷却液箱62焊接在冷却集中箱61的内左侧位置；所述的冷却液调节泵63螺栓连接在冷却集中箱61的内部下侧位置；所述的循环泵64螺栓连接在冷却集中箱61的左上侧；所述的风冷机组65螺栓连接在冷却集中箱61的右上侧。

更进一步的，上述实施方案中，具体的，所述的冷却液箱62与冷却液调节泵63和循环泵64之间管路连接设置；所述的冷却液调节泵63与冷却液箱62的下部相连通设置；所述的循环泵64与冷却液箱62的上部相连通设置。

如附图5所示，上述实施方案中，具体的，所述的熔覆头组件7包括熔覆集中管71，激光器连接管72，机械手臂连接耳板73，固定卡环74和熔覆喷头75，所述的激光器连接管72镶嵌在熔覆集中管71的内部上侧中间位置；所述的固定卡环74轴接在机械手臂连接耳板73的右侧上下两部位置；所述的固定卡环74套接在熔覆集中管71的外部并用螺钉固定；所述的熔覆喷头75螺纹连接在激光器连接管72的下部并相互连通设置。

如附图6所示，上述实施方案中，具体的，所述的熔覆喷头75又包括粉料连接管751，激光集束管752，冷却液进管753，冷却液回管754和冷却盘管755，所述的激光集束管752焊接在熔覆喷头75的内部中间位置；所述的粉料连接管751镶嵌在熔覆喷头75的两侧并与其内部相连通设置；所述的冷却液进管753螺纹连接在冷却盘管755的上部管路；所述的，冷却液回管754螺纹连接在冷却盘管755的下部管路；所述的冷却盘管755镶嵌在熔覆喷头75的内壁外侧。

上述实施方案中，具体的，所述的激光集束管752螺纹连接在激光器连接管72的下部并与其内部相连通；所述的冷却液调节泵63与冷却液进管753相管路连接设置，所述的循环泵64与冷却液回管754相管路连接设置；所述的粉料连接管751与送粉器装置3相管路连接设置；所述的激光器连接管72与激光发射器1相管路连接设置；所述的风冷机组65与风冷连接管42相螺纹连接设置；述的机械手臂连接耳板73与操控机器人装置5相轴接设置。

另外，如附图7所示，该发明一种激光熔覆系统的熔覆工艺，具体包括以下步骤：

S101：基材熔覆表面预处理；

S102：预置熔覆材料；

S103：覆材的预热处理；

S104：激光熔覆处理；

S105：降温处理。

如附图8所示，上述实施方案中，具体的，在步骤S104中的，激光熔覆处理又包括以下步骤：

S1041：操控机器人装置的工作，激光器的激光头对准工件的表面上部；

S1042：加工车床装置的工作，将需要熔覆加工的工具卡接在U型卡座441和支撑转盘431的之间位置，并位于固定螺杆432和夹紧螺帽433的上部；

S1043：熔覆头组件的工作，通过送粉器装置3向熔覆喷头75对准的工件表面均匀送入激光熔覆用合金粉末；

S1044：送粉器装置的工作，激光器发出激光熔化S1043激光熔覆用合金粉末，熔化产生的各种反应物覆盖在工件的表面，形成熔覆涂层；激光头在预设范围的工件表面扫描，实现该预设范围工件表面的连续熔覆。

该激光熔覆系统的熔覆工艺流程清洗明了，操作简单熔覆粉料供料稳定，能够对激光喷头及覆膜完成的金属工件进行冷却降温；从而达到工作效率高，控制更加智能化，工作稳定可靠，且突出保障人机安全，环保性能高，能够视频本地和远程监控，具备全套的光路、粉末、热量控制解决方案，本系统提出的高速激光熔覆系统可应用在激光熔覆、激光增材、激光3d打印等领域，适应了目前制造业的多种需求；从而提高基体材料的耐腐、耐磨、润滑和抗氧化等性能。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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设备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。

最后应说明的是：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，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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)

1.一种激光熔覆系统，其特征在于，该激光熔覆系统，包括激光发射器(1)，控制柜(2)，送粉器装置(3)，加工车床装置(4)，操控机器人装置(5)，循环制冷装置(6)和熔覆头组件(7)，所述的激光发射器(1)，送粉器装置(3)，加工车床装置(4)，操控机器人装置(5)，循环制冷装置(6)和熔覆头组件(7)分别电性连接控制柜(2)；所述的激光发射器(1)和熔覆头组件(7)相电性连接，所述的熔覆头组件(7)和送粉器装置(3)相管路连接设置；所述的熔覆头组件(7)与操控机器人装置(5)相轴接设置；所述的循环制冷装置(6)分别与加工车床装置(4)和熔覆头组件(7)相管路连接设置；所述的加工车床装置(4)独立设置在激光发射器(1)，控制柜(2)，送粉器装置(3)，加工车床装置(4)，操控机器人装置(5)和循环制冷装置(6)的一侧并位于熔覆头组件(7)的下部。

2.如权利要求1所述的激光熔覆系统，其特征在于，所述的加工车床装置(4)包括机床主体(41)，风冷连接管(42)，第一支撑板(43)和第二支撑板(44)，所述的机床主体(41)为矩形的不锈钢柜体设置；所述的风冷连接管(42)镶嵌在机床主体(41)的下部中间位置；所述的第一支撑板(43)螺栓连接在机床主体(41)的上部右侧位置；所述的第二支撑板(44)螺栓连接在机床主体(41)的上部左侧位置；所述的第一支撑板(43)和第二支撑板(44)左右对称状设置。

3.如权利要求2所述的激光熔覆系统，其特征在于，所述的风冷连接管(42)的上部螺纹连接有横向分流盘(421)，所述的横向分流盘(421)的两端螺纹连接有密封赌帽(422)，所述的横向分流盘(421)的上部螺纹连接有喷气嘴(423)，所述的喷气嘴(423)设置有多个；所述的第一支撑板(43)的左侧轴接有支撑转盘(431)，所述的支撑转盘(431)的左侧镶嵌有固定螺杆(432)，所述的固定螺杆(432)设置有多个，所述的固定螺杆(432)的外面螺纹连接有夹紧螺帽(433)。

4.如权利要求2所述的激光熔覆系统，其特征在于，所述的第二支撑板(44)的右侧轴接有U型卡座(441)，所述的第二支撑板(44)的左侧轴接有从动轮(442)，所述的从动轮(442)的外表面套接有驱动皮带(443)；所述的U型卡座(441)的上部螺纹连接有固定螺钉；所述的机床主体(41)的左壁上侧位置螺栓连接有驱动电机(444)；所述的驱动电机(444)的输出端轴接有驱动轮；所述的驱动轮和从动轮(442)之间通过驱动皮带(443)相连接。

5.如权利要求1所述的激光熔覆系统，其特征在于，所述的循环制冷装置(6)包括冷却集中箱(61)，冷却液箱(62)，冷却液调节泵(63)，循环泵(64)和风冷机组(65)，所述的冷却液箱(62)焊接在冷却集中箱(61)的内左侧位置；所述的冷却液调节泵(63)螺栓连接在冷却集中箱(61)的内部下侧位置；所述的循环泵(64)螺栓连接在冷却集中箱(61)的左上侧；所述的风冷机组(65)螺栓连接在冷却集中箱(61)的右上侧。

6.如权利要求5所述的激光熔覆系统，其特征在于，所述的冷却液箱(62)与冷却液调节泵(63)和循环泵(64)之间管路连接设置；所述的冷却液调节泵(63)与冷却液箱(62)的下部相连通设置；所述的循环泵(64)与冷却液箱(62)的上部相连通设置。

7.如权利要求1所述的激光熔覆系统，其特征在于，所述的熔覆头组件(7)包括熔覆集中管(71)，激光器连接管(72)，机械手臂连接耳板(73)，固定卡环(74)和熔覆喷头(75)，所述的激光器连接管(72)镶嵌在熔覆集中管(71)的内部上侧中间位置；所述的固定卡环(74)轴接在机械手臂连接耳板(73)的右侧上下两部位置；所述的固定卡环(74)套接在熔覆集中管(71)的外部并用螺钉固定；所述的熔覆喷头(75)螺纹连接在激光器连接管(72)的下部并相互连通设置。

8.如权利要求7所述的激光熔覆系统，其特征在于，所述的熔覆喷头(75)又包括粉料连接管(751)，激光集束管(752)，冷却液进管(753)，冷却液回管(754)和冷却盘管(755)，所述的激光集束管(752)焊接在熔覆喷头(75)的内部中间位置；所述的粉料连接管(751)镶嵌在熔覆喷头(75)的两侧并与其内部相连通设置；所述的冷却液进管(753)螺纹连接在冷却盘管(755)的上部管路；所述的，冷却液回管(754)螺纹连接在冷却盘管(755)的下部管路；所述的冷却盘管(755)镶嵌在熔覆喷头(75)的内壁外侧。

9.一种基于权利要求1所述的激光熔覆系统的熔覆工艺，具体包括以下步骤：

S101：基材熔覆表面预处理；

S102：预置熔覆材料；

S103：覆材的预热处理；

S104：激光熔覆处理；

S105：降温处理。

10.如权利要求9所述的激光熔覆系统的熔覆工艺，其特征在于，在步骤S104中的，激光熔覆处理又包括以下步骤：

S1041：操控机器人装置的工作，激光器的激光头对准工件的表面上部；

S1042：加工车床装置的工作，将需要熔覆加工的工具卡接在U型卡座441和支撑转盘431的之间位置，并位于固定螺杆432和夹紧螺帽433的上部；

S1043：熔覆头组件的工作，通过送粉器装置3向熔覆喷头75对准的工件表面均匀送入激光熔覆用合金粉末；

S1044：送粉器装置的工作，激光器发出激光熔化S1043激光熔覆用合金粉末，熔化产生的各种反应物覆盖在工件的表面，形成熔覆涂层；激光头在预设范围的工件表面扫描，实现该预设范围工件表面的连续熔覆。