CN209537628U - 一种三段往复式激光熔覆装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及激光材料加工技术领域，公开了一种三段往复式激光熔覆装置。所述三段往复式激光熔覆装置包括激光熔覆头构件、激光发生控制器和送粉器；所述激光熔覆头构件上还固定连接有第一传动装置，用于驱动激光熔覆头构件沿水平方向做往复运动；所述激光熔覆装置还包括第二传动装置，用于带动工件运动。该装置通过在激光熔覆头构件上设置传动装置，使得激光熔覆头构件沿水平方向做往复运动，有效改善熔覆层搭接结合处的气孔、裂纹现象，且该装置结构简单。

Description

一种三段往复式激光熔覆装置

技术领域

本实用新型涉及激光材料加工技术领域，更具体地，涉及一种三段往复式激光熔覆装置。

背景技术

激光熔覆技术为激光表面处理技术的典型代表，可在不同金属基体上制备多种合金系涂层或陶瓷增强金属基复合层，激光熔覆处理后的金属基体具有涂层平整、组织均匀致密、层基冶金结合、性能调节幅度宽等特性，可明显提高基体表面硬度、耐蚀和耐磨性能。

激光熔覆技术利用铺粉或送粉的方法在基体表面预置金属粉末，聚焦激光束辐照基体表面的金属粉末，焦点位置的金属粉末和基体表面薄层发生熔化，形成一定形状和大小的熔池，当激光束焦点以一定速度按预定轨迹运动，激光束移开后的熔池迅速凝固，从而在基体表面激光束扫过的区域熔覆上一层具有特殊物理、化学或力学性能的金属涂层。

传统的熔覆工艺中，以通过中轴线的固定透镜组汇聚激光束，以沿同一中轴线对称分布的送粉流道实现粉末流的汇聚，激光束与粉末流都汇聚到同一轴线上。这种传统的同轴熔覆头的激光汇聚焦点和粉末汇聚点都是固定的，使得两层搭接结合处的地方由于能量不足，未熔粉较多，容易出现气孔、裂纹等现象。

发明内容

针对现有技术中激光熔覆装置的技术不足，本实用新型的目的在于提供一种新型三段往复式激光熔覆装置，该装置通过在激光熔覆头构件上设置传动装置，使得激光熔覆头构件沿水平方向做往复运动，有效改善熔覆层搭接结合处的气孔、裂纹现象，且该装置结构简单。

本实用新型的目的通过以下技术方案实现：

一种三段往复式激光熔覆装置，包括激光熔覆头构件、激光发生控制器和送粉器；所述激光发生控制器通过激光输送通道与激光熔覆头构件固定连接，用于产生激光束并输送至激光熔覆头构件中，所述送粉器与激光熔覆头构件连接，用于向激光熔覆头构件中喷送熔覆粉末；

所述激光熔覆头构件包括熔覆头以及与固定于熔覆头上方的导光筒，所述导光筒内设置有透镜，使得激光发生控制器产生的激光束聚焦于工件上；所述激光熔覆头构件上还固定连接有第一传动装置，用于驱动激光熔覆头构件中的激光束沿水平方向做往复运动；

所述激光熔覆装置还包括第二传动装置，所述第二传动装置用于带动工件运动。

进一步地，所述导光筒沿竖直方向的上方设有激光入口，所述熔覆头沿竖直方向的下方设有熔覆嘴，所述激光发生控制器通过激光输送通道与激光入口相连。

进一步地，所述第一传动装置设置于激光熔覆头构件的一侧，所述第一传动装置包括凸轮、挡板和推杆，所述推杆的一端与导光筒固定连接，另一端与凸轮的曲面接触，所述挡板上设置有可供推杆穿过的通孔；所述第一传动装置还包括弹簧，所述弹簧一端与推杆连接，另一端与挡板连接。

更进一步地，所述推杆呈“T字型”，所述推杆包括立柱和连接块，所述“T字型”的横向部分为连接块，所述“T字型”的竖向部分为立柱；所述弹簧的一端与立柱固定连接，另一端与挡板固定连接；所述连接块的一端与导光筒固定连接，另一端与立柱固定连接。

进一步地，所述第二传动装置包括固定架，所述固定架上平行设置有多个导轨，所述工件放置于导轨上，所述导轨上连接有驱动机构，用于驱动导轨带动工件运动。

进一步地，所述送粉器通过送粉管与粉管直通接头连接，所述熔覆头上还设置有粉末通道，所述粉管直通接头与粉末通道入口连接。

进一步地，所述送粉器上还连接有气源，所述气源通过气路管道与激光熔覆头构件连接，用于提供保护气体，所述气路管道上还设置有气阀和气嘴，所述气嘴与熔覆头配合连接，并向熔覆头中喷送保护气体。

更进一步地，所述气路管道上还设置有气体流量计，用于控制保护气体流量。

进一步地，所述导光筒内还设置有保护镜，所述保护镜设置于透镜下方。

一种利用上述三段往复式激光熔覆装置的激光熔覆方法，包括以下步骤：

S1.将准备好的工件进行机械打磨后清洗干净，固定在工作台上待用，同时将熔覆粉末进行高温干燥脱水处理，冷却后放入送粉器中待用；

S2.打开激光熔覆装置中的激光发生控制器，同时打开气阀，将激光束聚焦在工件表面，对工件进行预热处理；

S3.打开送粉器，并将其中的激光熔覆粉末送至工件表面的激光光斑处，开始对工件表面进行激光熔覆，同时送粉器同步将激光熔覆粉末送至工作件表面的激光光斑处进行补充；

S4.待激光熔覆过程结束后，关闭送粉器，调整激光束的工艺参数，对工件表面进行激光重熔；

S5.待激光重熔过程结束后关闭激光发生控制器和气阀。

本实用新型提供的激光熔覆方法可应用于点型、线型或面型等不同的工作环境，其中，点型是指在一个点进行三道熔覆工艺，然后再移动到下一个点进行三到熔覆工艺，持续进行这个过程，主要应用于不规则且小部件，线型是指我在一条直线上进行激光预热，再在这条直线上进行激光熔覆，然后再进行激光重熔，主要应用于圆形工件和常见不规则工件，面型就是在线型的基础上，它的熔覆宽度很大，主要应用于方形工件。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供的三段往复式激光熔覆装置在激光熔覆头构件上设置有传动装置，使得激光熔覆头构件中的激光束沿水平方向做往复运动，配合工作台上的传动装置，使得工件在熔覆过程中能够移动，循序渐进完成整个工件表面的激光熔覆，与传统的熔覆装置相比，往复式熔覆装置能够极大的节约熔覆时间，减少昂贵粉末的浪费，提高熔覆速度，熔覆层面光洁度高。

采用本实用新型的三段往复式激光熔覆装置的激光熔覆方法，配合激光熔覆头构件的往复运动，使得熔覆层两层搭接结合处组织均匀，表面质量良好，显著降低内部气孔率，且搭接处的强度也得到极大提升；该激光熔覆方法可以针对不同形状的工件分别采用点型、线型和面型等不同激光熔覆手段，当需要熔覆比较精细的不规则小物件时，采用点型去熔覆，当需要熔覆的是比较规则的形状，可以采用线型或面型熔覆；本实用新型提供的装置应用范围广，适用性强。

附图说明

图1为实施例1的三段往复式激光熔覆装置结构示意图；

图2为传统激光熔覆轨迹示意图；

图3为实施例1的三段往复式激光熔覆轨迹示意图；

图4为实施例1的点型式三段往复式激光熔覆示意图；

图5为实施例1的线型式三段往复激光熔覆示意图；

图6为实施例1的面型式三段往复激光熔覆示意图；

其中，1-激光熔覆头构件，11-熔覆头，12-导光筒，13-激光入口，14-熔覆嘴，2-激光发生控制器，21激光输送通道，22-激光束，3-送粉器，31-送粉管，32-粉管直通接头，4-透镜，5-第一传动装置，51-凸轮，52-挡板，53-推杆，531-立柱，532-连接块，54-弹簧，6-气源，61-气路管道，62-气阀，63-气嘴，64-气体流量计，7-保护镜，8-第二传动装置，81-固定架，82-导轨，83-驱动机构，9-工件。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本实用新型作更全面、细致地描述，但本实用新型的保护范围并不限于以下具体的实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不旨在限制本实用新型的保护范围。

除非另有特别说明，本实用新型中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

实施例1

如图1所示，本实施例提供一种三段往复式激光熔覆装置，包括激光熔覆头构件1、激光发生控制器2和送粉器3，激光发生控制器2通过激光输送通道21与激光熔覆头构件1固定连接，用于产生激光束22并经过激光输送通道21输送至激光熔覆头构件1内，送粉器3与激光熔覆头构件1连接，用于向激光熔覆头构件1中喷送熔覆粉末。

其中，激光熔覆头构件1包括熔覆头11以及固定于熔覆头11上方的导光筒12，导光筒12内设置有透镜4，使得激光束22聚焦于工件9上，激光熔覆头构件1上还固定连接有第一传动装置5，用于驱动激光熔覆头构件1沿水平方向做往复运动；导光筒12沿竖直方向的上方设有激光入口13，熔覆头11沿竖直方向的下方设有熔覆嘴14，激光发生控制器2通过激光输送通道21与激光入口13相连，激光发生控制器2产生的激光束22依次经过激光输送通道21、激光入口13、导光筒12、熔覆头11，然后经过熔覆嘴14汇聚至工件9表面。

第一传动装置5设置于激光熔覆头构件1的一侧，第一传动装置5包括凸轮51、挡板52和推杆53，推杆53的一端与导光筒12固定连接，另一端与凸轮51的曲面接触，挡板52上设置有可供推杆53穿过的通孔，推杆53在凸轮51带动下可沿通孔自由往复运动；第一传动装置5还包括弹簧54，弹簧54的一端与推杆53连接，另一端与挡板52连接。本实施例优选推杆53呈“T”字型，本实施例中的推杆53包括立柱531和连接块532，其中，“T字型”的横向部分为连接块532，“T”字型的竖向部分为立柱531，弹簧54的一端与立柱531固定连接，另一端与挡板52固定连接，连接块532的一端与导光筒12固定连接，另一端与立柱531固定连接。

送粉器3通过送粉管31与粉管直通接头32连接，熔覆头11上还设置有粉末通道100，粉管直通接头32与粉末通道100的入口连接。为了更好的保护激光发生控制器2，本实施例的送粉器3上还可连接有输送保护气体的气源6，气源6通过气路管道61与激光熔覆头构件1连接，气路管道61上还设置有气阀62和气嘴63，本实施例中气嘴63与熔覆头11配合连接，并向熔覆头11中喷送保护气体，本实施例中的保护气体可以为氩气，起到防氧化和保护激光头的作用；可以在气嘴63上设置有外螺纹，熔覆头11的相应位置设置通孔，通孔内设置内螺纹，通过气嘴63的外螺纹与通孔内的内螺纹配合连接，即可。为了更好的控制保护气体流量，本实施例中还可以在气路管道61上设置气体流量计64，能够根据实际需要精确的控制保护气体流量。

本实施例的激光熔覆装置还可以通过在导光筒12内设置保护镜7实现保护激光发生控制器2的目的，且保护镜7设置于透镜4的下方。

本实施例的激光熔覆装置还包括第二传动装置8，用于带动工件9运动。本实施例提供的第二传动装置8和常规的水平传送带类似，包括固定架81，固定架81上平行设置有多个导轨82，导轨82上连接有驱动机构83，用于驱动导轨82带动工件9前后运动。本实施例的驱动机构83优选为电机，该电机可以为间歇式工作的电机，通过电路设计即可，具体为电机间歇运行电路，生产实际中只需设置好时间即可（电机间歇运行电路并未在附图中明确示出，不代表其不能设置为间歇式）。

本实施例中所说的固定连接均可采用螺栓螺母等常规连接方式，故在此不再赘述。

本实施例的三段往复式激光熔覆装置的工作过程如下：随着立柱与凸轮的曲面的接触时，在凸轮的推动下，立柱与挡板之间的弹簧压缩，推杆与激光熔覆头构件向右移动，其中的激光束形成的光斑从工件表面左边缘移动至右边缘，在激光熔覆头构件移动过程中，第二传动装置中的电机不工作，即工件保持静止；光斑移动至工件最右边缘后，电机开始工作，第二传动装置带动工件向前移动一段距离，同时，随着立柱与凸轮的曲面脱离接触，弹簧慢慢复位，推杆与激光熔覆头构件在弹簧作用下向左移动，其中的激光束形成的光斑从工件表面右边缘移动至左边缘，光斑移动至工件最左边缘后，立柱与凸轮的曲面重新开始接触；重复上述过程直至工件整个表面形成熔覆层，光斑在工件表面的轨迹如图3所示，呈现出“之”字型。

对比图2中传统激光熔覆轨迹示意图，与传统的激光熔覆工艺相比，本实用新型的提供的三段往复式熔覆装置能够极大的节约熔覆时间，减少昂贵粉末的浪费，提高熔覆速度，熔覆层面光洁度高。

上述三段往复式激光熔覆装置的激光熔覆方法，包括以下步骤：

S1.将准备好的工件进行机械打磨后清洗干净，固定在工作台上待用，同时将熔覆粉末进行高温干燥脱水处理，冷却后放入送粉器中待用；

S2.打开激光熔覆装置中的激光发生控制器，同时打开气阀，将激光束聚焦在工件表面，对工件进行预热处理；

S3.打开送粉器，并将其中的激光熔覆粉末送至工件表面的激光光斑处，开始对工件表面进行激光熔覆，同时送粉器同步将激光熔覆粉末送至工作件表面的激光光斑处进行补充；

S4.待激光熔覆过程结束后，关闭送粉器，调整激光束的工艺参数，对工件表面进行激光重熔；

S5.待激光重熔过程结束后关闭激光发生控制器和气阀。

采用本实施例的方法对不同的工件类型进行点型、线型和面型激光熔覆，见图4~6所示。

由图4~6可以看出，通过本实用新型的往复式激光熔覆装置，结合本实用新型的三段式激光熔覆方法，分别采用点型、线型和面型激光熔覆手段在不同类型的工件表面完成三段式熔覆使得熔覆层两层搭接结合处组织均匀，表面质量良好，显著降低内部气孔率，且搭接处的强度也得到极大提升。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型的技术方案所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种三段往复式激光熔覆装置，其特征在于，包括激光熔覆头构件、激光发生控制器和送粉器；所述激光发生控制器通过激光输送通道与激光熔覆头构件固定连接，用于产生激光束并输送至激光熔覆头构件中，所述送粉器与激光熔覆头构件连接，用于向激光熔覆头构件中喷送熔覆粉末；

所述激光熔覆头构件包括熔覆头以及与固定于熔覆头上方的导光筒，所述导光筒内设置有透镜，使得激光发生控制器产生的激光束聚焦于工件上；所述激光熔覆头构件上还固定连接有第一传动装置，用于驱动激光熔覆头构件中的激光束沿水平方向做往复运动；

所述激光熔覆装置还包括第二传动装置，用于带动工件运动。

2.根据权利要求1所述三段往复式激光熔覆装置，其特征在于，所述导光筒沿竖直方向的上方设有激光入口，所述熔覆头沿竖直方向的下方设有熔覆嘴，所述激光发生控制器通过激光输送通道与激光入口相连。

3.根据权利要求1所述三段往复式激光熔覆装置，其特征在于，所述第一传动装置设置于激光熔覆头构件的一侧，所述第一传动装置包括凸轮、挡板和推杆，所述推杆的一端与导光筒固定连接，另一端与凸轮的曲面接触，所述挡板上设置有可供推杆穿过的通孔；所述第一传动装置还包括弹簧，所述弹簧一端与推杆连接，另一端与挡板连接。

4.根据权利要求3所述三段往复式激光熔覆装置，其特征在于，所述推杆呈“T字型”，所述推杆包括立柱和连接块，所述“T字型”的横向部分为连接块，所述“T字型”的竖向部分为立柱；所述弹簧的一端与立柱固定连接，另一端与挡板固定连接；所述连接块的一端与导光筒固定连接，另一端与立柱固定连接。

5.根据权利要求1所述三段往复式激光熔覆装置，其特征在于，所述第二传动装置包括固定架，所述固定架上平行设置有多个导轨，所述工件放置于导轨上，所述导轨上连接有驱动机构，用于驱动导轨带动工件运动。

6.根据权利要求1所述三段往复式激光熔覆装置，其特征在于，所述送粉器通过送粉管与粉管直通接头连接，所述熔覆头上还设置有粉末通道，所述粉管直通接头与粉末通道入口连接。

7.根据权利要求1所述三段往复式激光熔覆装置，其特征在于，所述送粉器上还连接有气源，所述气源通过气路管道与激光熔覆头构件连接，用于提供保护气体，所述气路管道上还设置有气阀和气嘴，所述气嘴与熔覆头配合连接，并向熔覆头中喷送保护气体。

8.根据权利要求7所述三段往复式激光熔覆装置，其特征在于，所述气路管道上还设置有气体流量计，用于控制保护气体流量。

9.根据权利要求1所述三段往复式激光熔覆装置，其特征在于，所述导光筒内还设置有保护镜，所述保护镜设置于透镜下方。