CN210237778U

CN210237778U - 一种多激光源熔覆焊装置

Info

Publication number: CN210237778U
Application number: CN201920614899.4U
Authority: CN
Inventors: Jinglong Dong; 董景隆; Yi Zhang; 张轶; Tao Kong; 孔涛; Yupeng Cai; 蔡宇鹏
Original assignee: Luoyang Rec Cycle Utilization Technology Co ltd
Current assignee: Luoyang Rec Cycle Utilization Technology Co ltd
Priority date: 2019-04-30
Filing date: 2019-04-30
Publication date: 2020-04-03
Anticipated expiration: 2029-04-30

Abstract

一种多激光源熔覆焊装置，包括熔池激光头、粉末激光头、保温激光头、熔池激光源、粉末激光源、保温激光源；熔池激光头、粉末激光头、保温激光头通过光纤分别与熔池激光源、粉末激光源、保温激光源连接；所述熔池激光头、粉末激光头的激光比能量可独立调整设置，实现了不同成分熔覆粉末、熔覆工件的工艺参数的最优设定；同时，保温激光头减小了熔覆焊接时熔覆层与工件之间局部的温度梯度，延长了熔覆层的凝固时间，改善了熔覆层成分不均匀和残余应力问题；独立设置的熔池激光头可使工件表面提前产生熔池，熔覆粉末经喷嘴喷出后直接落入熔池中，改善了熔覆粉末与工件表面碰撞后的弹出现象，提高了熔覆粉末的利用率。

Description

一种多激光源熔覆焊装置

技术领域

本实用新型涉及激光熔覆焊技术领域，具体涉及一种多激光源熔覆焊装置。

背景技术

现有的激光熔覆焊技术快速发展，在很多工业领域得到了应用，但该技术仍存在一些问题需要改善；如在大型金属轴类零件的表面修复熔覆焊中，为提高熔覆焊接效率，常常采用大功率激光、大光斑、较厚的熔覆层厚度进行熔覆焊接，但熔覆层非常容易出现气孔、裂纹、熔覆层成分及组织不均匀等缺陷，影响了最终熔覆焊接质量；导致熔覆层出现各种缺陷的原因有很多，包括熔覆粉末的成分、熔覆工件的成分、激光比能量、送粉速度、预热温度、熔覆层冷却速度等；其中熔覆粉末的成分、熔覆工件的成分是在进行激光熔覆焊接前，根据需要首先确定的两个条件，其余激光比能量、送粉速度、预热温度、熔覆层冷却速度等则和激光熔覆的工艺过程及激光熔覆工艺参数设定有关；但现有的激光熔覆装置仅仅只有一个激光源，对一个激光源的比能量设定，无法满足不同的熔覆粉末成分、熔覆工件成分时，激光熔覆各个工艺参数的设定都达到最优，因此无法避免出现气孔、裂纹、熔覆层成分及组织不均匀等缺陷；比如如当熔覆粉末的熔点温度低于熔覆工件的熔点温度时，激光源的比能量设定较低，但较低的比能量会使工件熔池的熔深不足，导致熔覆层与工件结合不良问题；如果激光源的比能量设定较高时，虽然能保证工件熔池的熔深，但会使熔覆粉末中低熔点成分产生汽化，结果导致熔覆层出现气泡；另外，在大型金属轴类零件的表面修复熔覆焊前，虽然进行了预热处理，但由于大型金属轴类零件热容很大，而熔覆焊接过程是瞬间升温融化及瞬间降温凝固的过程，因此不可避免存在从熔覆层到工件基材的极大的温度梯度，而温度梯度的存在，必然导致熔覆层凝固时的定向先后凝固，从而出现成分不均匀和残余应力问题，残余应力与气孔相互作用，使熔覆层出现裂纹；另外，现有的熔覆焊接在送粉时，熔覆粉末在气体作用吹出喷嘴，熔覆粉末在与工件表面发生碰撞后弹出，因此熔覆粉末的利用率也较低。

实用新型内容

为了克服背景技术中的不足，本实用新型公开了一种多激光源熔覆焊装置，包括熔池激光头、粉末激光头、保温激光头、熔池激光源、粉末激光源、保温激光源；熔池激光头、粉末激光头、保温激光头通过光纤分别与熔池激光源、粉末激光源、保温激光源连接；所述熔池激光头、粉末激光头、保温激光头的激光比能量可独立调整设置，满足了不同的熔覆粉末成分、熔覆工件成分时，激光熔覆各个工艺参数的最优设定；同时，保温激光头减小了熔覆焊接时熔覆层与工件之间局部的温度梯度，增加了熔覆层的凝固时间，改善了熔覆层成分不均匀和残余应力问题；独立设置的熔池激光头可使工件表面提前产生熔池，熔覆粉末经喷嘴喷出后直接落入熔池中，改善了熔覆粉末与工件表面发生碰撞弹出现象，因此提高了熔覆粉末的利用率。

为了实现所述实用新型目的，本实用新型采用如下技术方案：一种多激光源熔覆焊装置，包括熔池激光头、粉末激光头；所述熔池激光头、粉末激光头固定设置在同一平面，熔池激光头、粉末激光头固定设置的平面与工件熔覆进给方向平行；所述粉末激光头轴线与工件熔覆的表面法向垂直。

优选的，所述多激光源熔覆焊装置还包括熔池激光源、粉末激光源；所述熔池激光头与熔池激光源通过光纤连接；所述粉末激光头与粉末激光源通过光纤连接；所述熔池激光源、粉末激光源的输出功率独立可调。

优选的，所述熔池激光头、粉末激光头设置有独立的激光焦点调节装置。

优选的，所述熔池激光头设置连接角度调节装置A，可用于熔池激光头射出的激光光斑位置的调整。

优选的，所述多激光源熔覆焊装置还包括保温激光头、保温激光源；所述保温激光头与保温激光源通过光纤连接；所述保温激光头设置有激光焦点调节装置和角度调节装置B，用于保温激光头射出的激光焦点和光斑位置的调整。

优选的，所述熔池激光源或粉末激光源设置有分光镜，分光镜定比例分出熔池激光源或粉末激光源的部分激光，通过光纤与保温激光头连接，降低多激光源熔覆焊装置的成本。

由于采用如上所述的技术方案，本实用新型具有如下有益效果：本实用新型公开的一种多激光源熔覆焊装置，包括熔池激光头、粉末激光头、保温激光头、熔池激光源、粉末激光源、保温激光源；熔池激光头、粉末激光头、保温激光头通过光纤分别与熔池激光源、粉末激光源、保温激光源连接；所述熔池激光头、粉末激光头、保温激光头的激光比能量可独立调整设置，满足了不同的熔覆粉末成分、熔覆工件成分时，激光熔覆各个工艺参数的最优设定；同时，保温激光头减小了熔覆焊接时熔覆层与工件之间局部的温度梯度，延长了熔覆层的凝固时间，改善了熔覆层成分不均匀和残余应力问题；独立设置的熔池激光头可使工件表面提前产生熔池，熔覆粉末经喷嘴喷出后直接落入熔池中，改善了熔覆粉末与工件表面发生碰撞后的弹出现象，因此提高了熔覆粉末的利用率。

附图说明

图1为多激光源熔覆焊装置示意图。

图中：1、熔池激光头；101、角度调节装置A；102、工件熔池；2、粉末激光头；201、熔融粉末；3、工件；301、熔覆层；4、熔池激光源；5、粉末激光源；6、保温激光头；601、角度调节装置B；7、保温激光源。

具体实施方式

通过下面的实施例可以详细的解释本实用新型，公开本实用新型的目的旨在保护本实用新型范围内的一切技术改进。

一种多激光源熔覆焊装置，包括熔池激光头1、粉末激光头2、保温激光头6；所述熔池激光头1、粉末激光头2、保温激光头6固定设置在同一平面，熔池激光头1、粉末激光头2、保温激光头6固定设置的平面与工件3熔覆进给方向平行；所述粉末激光头2轴线与工件3熔覆的表面法向垂直；所述多激光源熔覆焊装置还包括熔池激光源4、粉末激光源5、保温激光源7，熔池激光头1、粉末激光头2、保温激光头6通过光纤分别与熔池激光源4、粉末激光源5、保温激光源7连接；所述熔池激光头1、粉末激光头2、保温激光头6独立设置有激光焦点调节装置；熔池激光头1设置连接角度调节装置A101，保温激光头6设置连接角度调节装置B601。

多激光源熔覆焊装置在工作前，首先调整粉设置粉末激光头2的比能量和离焦量，粉末激光头2的比能量设置通过调整粉末激光源5输出功率、熔覆速度、光斑直径得到；其中比能量的设定以熔覆粉末融化为上限，离焦量的设定以粉末激光头2照射在工件3表面的激光能量密度低于使工件3表面生成工件熔池102的能量密度；从粉末喷嘴喷出的熔覆粉末在与工件3接触之前，即被粉末激光头2射出的激光加热融化，生成熔融粉末201；粉末激光头2的参数设置完成后，设置熔池激光头1的比能量和光斑位置；熔池激光头1的比能量在之前设置好的熔覆速度基础上，根据需要的工件熔池3的直径及深度，调整熔池激光源4的输出功率得到，其中工件熔池3直径通过调整熔池激光头1的离焦量得到；光斑位置通过调整角度调节装置A101得到；工件3表面在熔池激光头1射出的激光作用下，生成工件熔池102；熔池激光头1调整完成后，设置保温激光头6比能量和光斑位置；保温激光头6的比能量在之前设置好的熔覆速度基础上，通过调整保温激光头6的离焦量得到射出光斑的直径，保温激光头6射出光斑的直径为熔覆层301宽度的二倍；根据调整好的熔覆速度和光斑直径，调整保温激光源7的输出功率得到保温激光头6的比能量；保温激光头6的比能量设置值低于使熔覆层301融化的温度；保温激光头6射出的激光光斑位置通过调整角度调节装置B601得到；其中熔池激光头1、粉末激光头2的离焦量为正值，保温激光头6的离焦量为负值。

多激光源熔覆焊装置在熔覆焊接过程中，熔池激光头1射出的激光照射在工件3表面，生成工件熔池102；粉末激光头2使熔覆粉末落入工件熔池102之前放生融化，随着工件3的移动，熔融粉末201落入工件熔池102，形成熔覆层301；随着工件3的继续移动，熔覆层301进入保温激光头6射出的激光光斑内，对熔覆层301及附近区域进行加热保温，减小了熔覆层与工件之间局部的温度梯度，同时延长了熔覆层的凝固时间。

本实用新型未详述部分为现有技术。

Claims

1.一种多激光源熔覆焊装置，其特征是：包括熔池激光头（1）、粉末激光头（2）；所述熔池激光头（1）、粉末激光头（2）固定设置在同一平面，熔池激光头（1）、粉末激光头（2）固定设置的平面与工件（3）熔覆进给方向平行；所述粉末激光头（2）轴线与工件（3）熔覆的表面法向垂直。

2.根据权利要求1所述多激光源熔覆焊装置，其特征是：还包括熔池激光源（4）、粉末激光源（5）；所述熔池激光头（1）与熔池激光源（4）通过光纤连接；所述粉末激光头（2）与粉末激光源（5）通过光纤连接。

3.根据权利要求1所述多激光源熔覆焊装置，其特征是：所述熔池激光头（1）、粉末激光头（2）设置有激光焦点调节装置。

4.根据权利要求1所述多激光源熔覆焊装置，其特征是：所述熔池激光头（1）设置连接角度调节装置A（101）。

5.根据权利要求1所述多激光源熔覆焊装置，其特征是：还包括保温激光头(6)、保温激光源(7)；所述保温激光头(6)与保温激光源(7)通过光纤连接；所述保温激光头(6)设置连接角度调节装置B（601）。

6.根据权利要求2所述多激光源熔覆焊装置，其特征是：所述熔池激光源（4）或粉末激光源（5）设置有分光镜，分光镜定比例分出熔池激光源（4）或粉末激光源（5）的部分激光，通过光纤与保温激光头(6)连接。