CN206308421U - 一种具有基体预热、保温及惰气保护功能的激光熔覆装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有基体预热、保温及惰气保护功能的激光熔覆装置，该装置主要由封闭容器、保温结构件和气瓶构成。封闭容器用于放置熔覆基体和熔覆材料；保温结构件设在封闭容器内部底端，由保温材料和热电阻丝构成，热电阻丝位于保温材料内部，热电阻丝加热后可为熔覆基体持续提供热量；气瓶设在封闭容器外部，为熔覆基体提供惰气保护；装置还包括电源和调压器，电源连接调压器后接入热电阻丝两端，调压器调节输出电压改变热电阻丝两端的电压，以控制热电阻丝的加热。本实用新型装置可以有效解决激光熔覆过程中熔覆基体温度过低、容易氧化、基体变形以及烟气污染等问题，全面提高熔覆质量以及熔覆工件的成型率。

Description

一种具有基体预热、保温及惰气保护功能的激光熔覆装置

技术领域

本实用新型属于激光加工技术领域，尤其涉及到一种具有基体预热、保温及惰气保护功能的激光熔覆装置。

背景技术

激光熔覆亦称激光包覆或激光熔敷，是一种新的表面改性技术。它通过在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之与基材表面薄层一起熔凝的方法，在基层表面形成与其为冶金结合的添料熔覆层。现有的激光熔覆装置在熔覆过程中主要存在以下不足：

⑴基体材料如铜、铝、铜合金以及铝合金等，由于其具有热导率高、导热性好及散热快等特点，在熔覆时基体材料相对温度过低，熔覆层与基体之间结合较差，在冷却及后续加工过程中容易脱落。

⑵基体材料由于化学性质较活泼、极易氧化等特点，在激光熔覆过程中，受到激光加热，表面未熔覆区域形成一层氧化膜，在随后的熔覆时，氧化膜的存在使得在已经氧化的基体表面难以继续熔覆。

⑶激光熔覆的过程中基体材料表面受到快速的加热及冷却，基体材料和熔覆层之间由于热膨胀系数的差异，在快速度冷却的过程中，会在基体材料和熔覆层之间形成较大的应力，在随后的冷却过程中会使基体材料发生变形。

⑷激光熔覆时，基体材料和熔覆材料由于受到激光的作用，会产生一定量的烟，这些烟在长时间的激光熔覆过程中，会对逐渐积累在室内物品上，对粉末、透光镜和送粉机构等都造成污染，降低了成型质量，甚至透光镜受严重污染，可能造成成型中断。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种具有基体预热、保温及惰气保护功能的激光熔覆装置，可以很好的克服现有技术的缺陷，达到熔覆质量高、成型率高的目的。

为了实现上述目的，本实用新型的方案是：

一种具有基体预热、保温及惰气保护功能的激光熔覆装置，主要包括一个封闭容器、保温结构件和气瓶；封闭容器用于放置熔覆基体和熔覆材料，其顶壁设有石英玻璃，熔覆的激光束通过石英玻璃透射到封闭容器内；保温结构件设在封闭容器内部底端，由保温材料和热电阻丝构成，热电阻丝位于保温材料内部，热电阻丝加热后可为熔覆基体持续提供热量；气瓶设在封闭容器外部，为熔覆基体提供惰气保护；装置还包括电源和调压器，电源连接调压器后接入热电阻丝两端，调压器调节输出电压改变热电阻丝两端的电压，以控制热电阻丝的加热。

进一步的，装置还包括热电偶和温控仪，热电偶的测量端放置在熔覆基体和保温结构件之间，用于实时测量熔覆基体与保温结构件接触面的温度；热电偶的两个接线端分别与温控仪相连，温控仪根据热电偶产生的热电势信号，得到熔覆基体的实时温度值。

进一步的，温控仪通过参数设置控制热电阻丝加热，参数包括第一温度阈值和第二温度阈值，第一温度阈值大于第二温度阈值；当实时温度值大于第一阈值时，温控仪内部开关断开，调压器与热电阻丝之间断路，热电阻丝停止加热；当实际温度值小于第二阈值时，温控仪内部开关闭合，调压器与热电阻丝之间闭合之间连通，热电阻丝开始加热。

进一步的，热电偶的量程和精度根据熔覆基体所需的预热温度及降温速率选定。

进一步的，气瓶内装有惰性气体，气瓶通过进气管与封闭容器的侧壁相连，进气管上还设有进气阀，用来控制惰性气体进入封闭容器的流速；封闭容器的侧壁上还连有出气管，用于排出封闭容器内的惰性气体，出气管上还设有出气阀，用来控制惰性气体排出封闭容器的流速。

进一步的，封闭容器的侧壁上还设有压力表，用于测量封闭容器内的气体压力。

进一步的，封闭容器的形状为长方体或者圆柱体，侧壁的材料为金属材料。

进一步的，石英玻璃为可拆卸的，石英玻璃的参数与激光光源相匹配，能够让特定波长的激光束通过。

进一步的，保温材料为石棉，热电阻丝呈方波状。

进一步的，熔覆材料为粉末状，熔覆材料预置在熔覆基体的表面。

根据本实用新型提供的技术方案，具有以下有益效果：

1、熔覆基体在熔覆前经过预热，熔覆基体与熔覆材料之间几乎不存在温差，在熔覆过程中，熔覆层与熔覆基体之间可以更好的结合，且在后续加工过程中不容易脱落。

2、惰性气体可以保护熔覆基体在熔覆前不被氧化，避免熔覆基体表面形成氧化膜而难以继续熔覆。

3、熔覆基体在熔覆后，有保温结构件持续给熔覆基体提供热量防止其降温速率过快，避免熔覆基体快速冷却过程中可能发生的变形。

4、在熔覆过程中，熔覆基体和熔覆材料在激光束的作用下会产生烟，惰性气体可以带走这些烟，防止石英玻璃受到污染造成成型中断。

本实用新型的附加优点、目的，以及特征将在下面的描述中部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本实用新型的实践而获知。本实用新型的目的和其它优点可以通过在书面说明及其权利要求书以及附图中具体指出的结构实现到并获得。

本领域技术人员将会理解的是，能够用本实用新型实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本实用新型能够实现的上述和其他目的。

附图说明

图1是本实用新型一种具有基体预热、保温及惰气保护功能的激光熔覆装置一实施例的结构示意图。

图中：1-石英玻璃；2-封闭容器；3-压力表；4-出气阀；5-出气管；6-热电偶；7-熔覆基体；8-保温材料；9-热电阻丝；10-温控仪；11-调压器；12-电源；13-进气阀；14-进气管；15-气瓶。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

实施例1：

如图1所示，为本实用新型的一种实施例的结构，一种具有基体预热、保温及惰气保护功能的激光熔覆装置，主要包括一个封闭容器2、保温结构件和气瓶15；封闭容器2用于放置熔覆基体7和熔覆材料，其顶壁设有石英玻璃1，熔覆的激光束通过石英玻璃1透射到封闭容器2内；保温结构件设在封闭容器2内部底端，由保温材料8和热电阻丝9构成，热电阻丝9位于保温材料8内部，热电阻丝9加热后可为熔覆基体7持续提供热量，实现熔覆基体7在熔覆前的预热及熔覆后的保温；气瓶15设在封闭容器2外部，为熔覆基体7提供惰气保护；装置还包括电源12和调压器11，电源12连接调压器11后接入热电阻丝9两端，调压器11调节输出电压改变热电阻丝9两端的电压，以控制热电阻丝9的加热。

装置还包括热电偶6和温控仪10，热电偶6的测量端放置在熔覆基体7和保温结构件之间，用于实时测量熔覆基体7与保温结构件接触面的温度；热电偶6的两个接线端分别与温控仪10相连，温控仪10根据热电偶6产生的热电势信号，得到熔覆基体7的实时温度值并显示。

温控仪10通过参数设置控制热电阻丝9加热，实现熔覆基体7在熔覆前在设定温度下预热以及熔覆后在设定降温率下保温。参数包括第一温度阈值和第二温度阈值，第一温度阈值大于第二温度阈值；当实时温度值大于第一阈值时，温控仪10内部开关断开，调压器11与热电阻丝9之间断路，热电阻丝9停止加热；当实际温度值小于第二阈值时，温控仪10内部开关闭合，调压器11与热电阻丝9之间闭合之间连通，热电阻丝9开始加热。

热电偶6的量程和精度根据熔覆基体7所需的预热温度及降温速率选定。

气瓶15内装有惰性气体，为装置提供惰性气体源，气瓶15通过进气管14与封闭容器2的侧壁相连，进气管14上还设有进气阀13，用来控制惰性气体进入封闭容器2的流速；封闭容器2的侧壁上还连有出气管5，用于排出封闭容器2内的惰性气体，出气管5上还设有出气阀4，用来控制惰性气体排出封闭容器2的流速。惰性气体通过进气管14进入封闭容器2，保护熔覆基体7降低其氧化的几率，同时还可以带走熔覆过程中产生的烟气，避免烟气对石英玻璃1和熔覆材料都造成污染，最后惰性气体从出气管5排出。

封闭容器2的侧壁上还设有压力表3，用于测量封闭容器2内的气体压力。封闭容器2内的气压控制在200kpa-400kpa为宜，尤其气压在300kpa时，熔覆效果更好。当压力表3数值低于200kpa时，调节进气阀13或出气阀4，加快惰性气体流入封闭容器2的速度或减缓惰性气体流出封闭容器2的速度；当压力表3数值高于400kpa,调节进气阀13或出气阀4，减缓惰性气体流入封闭容器2的速度或加快惰性气体流出封闭容器2的速度。

封闭容器2的形状为长方体或者圆柱体，侧壁的材料为金属材料。

石英玻璃1为可拆卸的，石英玻璃1的参数与激光光源相匹配，能够让特定波长的激光束通过；若需要更换激光光源时，石英玻璃1也更换为与之相匹配的。

保温材料8为石棉，热电阻丝9呈方波状。

熔覆材料为粉末状，熔覆材料预置在熔覆基体7的表面。

实施例2：

本实用新型一种具有基体预热、保温及惰气保护功能的激光熔覆装置的工作过程是：

a.将熔覆基体7放置到封闭容器2内的保温结构件上，熔覆材料均匀放置在熔覆基体7的表面。

b.打开进气阀13，让惰性气体进入封闭容器2，监测压力表3的气压值，当封闭容器2内气压达到400kpa时，打开出气阀4。

c.根据熔覆基体7的材料确定预热温度及降温速率，设定温控仪的第一温度阈值和第二温度阈值，接通电源12并调节调压器11开始预热。

d.当熔覆基体7温度达到预热温度，开始进行熔覆，开启激光束，让其透过石英玻璃1照射到熔覆材料和熔覆基体7。

e.熔覆完成后，调节调压器11，设定温控仪10的参数，使热电阻丝9继续对熔覆基体7提供热量，控制其降温速率直至完全冷却。

上述各实施例可在不脱离本实用新型的保护范围下加以若干变化，故以上的说明所包含及附图中所示的结构应视为例示性，而非用以限制本实用新型申请专利的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有基体预热、保温及惰气保护功能的激光熔覆装置，主要包括一个封闭容器、保温结构件和气瓶；其特征在于，所述封闭容器用于放置熔覆基体和熔覆材料，其顶壁设有石英玻璃，熔覆的激光束通过石英玻璃透射到封闭容器内；所述保温结构件设在封闭容器内部底端，由保温材料和热电阻丝构成，热电阻丝位于保温材料内部，热电阻丝加热后可为熔覆基体持续提供热量；所述气瓶设在封闭容器外部，为熔覆基体提供惰气保护；所述装置还包括电源和调压器，所述电源连接调压器后接入热电阻丝两端，所述调压器调节输出电压改变热电阻丝两端的电压，以控制热电阻丝的加热。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括热电偶和温控仪，所述热电偶的测量端放置在熔覆基体和保温结构件之间，用于实时测量熔覆基体与保温结构件接触面的温度；热电偶的两个接线端分别与所述温控仪相连，所述温控仪根据热电偶产生的热电势信号，得到熔覆基体的实时温度值。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述温控仪通过参数设置控制热电阻丝加热，所述参数包括第一温度阈值和第二温度阈值，第一温度阈值大于第二温度阈值；当实时温度值大于第一阈值时，所述温控仪内部开关断开，调压器与热电阻丝之间断路，热电阻丝停止加热；当实际温度值小于第二阈值时，所述温控仪内部开关闭合，调压器与热电阻丝之间闭合之间连通，热电阻丝开始加热。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述热电偶的量程和精度根据熔覆基体所需的预热温度及降温速率选定。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气瓶内装有惰性气体，气瓶通过进气管与封闭容器的侧壁相连，进气管上还设有进气阀，用来控制惰性气体进入封闭容器的流速；封闭容器的侧壁上还连有出气管，用于排出封闭容器内的惰性气体，出气管上还设有出气阀，用来控制惰性气体排出封闭容器的流速。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述封闭容器的侧壁上还设有压力表，用于测量所述封闭容器内的气体压力。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述封闭容器的形状为长方体或者圆柱体，侧壁的材料为金属材料。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述石英玻璃为可拆卸的，石英玻璃的参数与激光光源相匹配，能够让特定波长的激光束通过。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述保温材料为石棉，所述热电阻丝呈方波状。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述熔覆材料为粉末状，熔覆材料预置在熔覆基体的表面。