[发明专利]使用混合式激光工艺的覆层应用方法和设备

说明书

技术领域

本文公开的主题涉及将金属覆层联结到金属衬底表面。

背景技术

覆层可出于许多原因而被应用到衬底。在一种或多种类型的覆层中，衬底是金属，且覆层是类似的或者不同的金属。将金属覆层联结到金属衬底典型地需要一起熔融覆层和金属衬底的表面，以便形成熔融金属池，且容许该池来冷却和凝固。覆层应用工艺的结果是金属覆层稳固地固定到金属衬底上。

存在许多关于覆层应用工艺的变量，诸如热输入、覆层宽度和覆层沉积速率。大体上，这些变量必须保持在某些窗带(window)内，以便防止固定的覆层中的缺陷，诸如不均匀性和点蚀。这些变量中的一些可彼此不一致。例如，提高覆层沉积速率典型地需要高的热输入，这可导致形成开裂。不幸的是，这些缺陷中的一些可能要求重新加工或者扔弃。因此，如果可以提高覆层沉积速率而不在固定的覆层中引起缺陷，则这在覆层应用技术中将是可以满意地接受的。

发明内容

根据本发明的一个方面，公开了一种用于将金属覆层固定到金属基底的方法。该方法包括：利用加热装置加热金属覆层和金属基底的表面，以便产生具有叠盖在金属基底中的熔融金属基底材料上的熔融金属覆层的熔融金属池；利用导入熔融金属池的激光束来稳定熔融金属池的温度梯度；以及冷却熔融金属池来将凝固的覆层固定到金属基底。

根据本发明的另一方面，公开了一种用于将金属覆层应用到金属基底上的设备。该设备包括：加热装置，其构造为加热覆层和金属基底的表面，以产生具有叠盖在金属基底中的熔融金属基底材料上的熔融金属覆层的熔融金属池；和激光器，其构造成将激光束导入熔融金属池来稳定熔融金属池的温度梯度。

根据结合附图得到的以下描述，这些和其它优点和特征将变得更加明显。

附图说明

在说明书结论部分处的权利要求中特别指出且明确地要求保护被视作本发明的主题。根据结合附图得到的以下详细描述，本发明的前述和其它特征和优点显而易见，在附图中，相同的元件以相同的方式编号，其中：

图1和2示出了用于将金属覆层联结到金属基底的、具有加热装置和激光器的混合式激光器头的示例性实施例；

图3-5描绘了将覆层联结到金属基底的方面，其中激光束和电弧焊炬对齐到垂直于应用覆层的方向的相同的平面；

图6-9描绘了使用图2中所公开的技术联结到金属基底的覆层的方面；

图10和11显示了一个实施例，其中来自激光器的激光束与来自加热装置的电弧在沿着覆层应用方向排列的平面中对齐；

图12和13显示了一个实施例，其中来自加热装置的电弧在覆层应用方向中领先于来自激光器的激光束；

图14-16显示了在U-形路径中的、覆层到金属基底的连续应用；

图17和18显示了混合式头的一个实施例，其中激光束领先于电弧，且相对于覆层应用方向从电弧沿横向偏移；

图19和20显示了混合式头的一个实施例，其中电弧领先于激光束，且激光束相对于覆层应用的方向从电弧沿横向偏移；

图21和22显示了在激光束领先以及落后于电弧且相对于覆层应用的方向从电弧沿横向偏移的情况下使用混合式头进行连续覆层应用的结果；

图23和24显示了用于将金属覆层连续地应用到金属基底上的曲折路径；

图25和26显示了非连续地在多个单方向路径中将金属覆层应用到金属基底上；

图27和28显示了用于将金属覆层应用到金属基底上的电弧和激光束的两种几何形状；

图29显示了光束分裂器和联接到激光器的控制器的一个示例性实施例；以及

图30呈现了用于将金属覆层应用到金属基底的方法的一个实例。

参照附图，通过实例，该详细描述阐述了本发明的实施例，以及优点和特征。

部件列表：

10混合式覆层应用头(混合式头)

2金属基底

3金属覆层

11加热装置

12激光器

20熔融金属池

130光束分裂器

132控制器

140方法

141-143步骤

具体实施方式

公开了用于将金属覆层联结到金属衬底或基底的技术的示例性实施例。该技术使得更宽的覆层带能够以比现有技术方法更快的覆层沉积速率应用到金属基底，且还仍然提供均匀的覆层表面而不会增加缺陷。