[发明专利]一种旋转光束超高速激光熔覆方法

说明书

本发明提出一种旋转光束超高速激光熔覆方法，涉及一种高效激光熔覆方法，其目的是为了解决目前激光熔覆方法熔覆速度低、效率低的技术问题。在进行激光熔覆时采用光学元件形成按设定路径高速旋转的光束，在熔覆的工件上做匀速圆周或椭圆周运动，光束在高速旋转过程中，会在空间形成一个具有近似均匀的能量密度分布的大尺寸光斑，使得更多的粉末在此区较域内受到激光辐照加热以至熔化，以液态或半固态形式落入熔池后经过冷却形成熔覆层。本发明的方法较常规激光熔覆方法相比可以大大提高送粉率，使得熔覆效率提高3‑5倍。另外在工件上形成较大的熔池，进一步提高了粉末利用率。

技术领域

本发明涉及激光熔覆技术领域，特别涉及一种旋转光束超高速激光熔覆方法。

背景技术

激光熔覆技术在现阶段主要用于在金属表面形成一层不同于基体材料的功能涂层，以提高基体材料的耐磨性，耐腐蚀性等。

很多轴类零件，如液压支架、轧辊、海洋平台立柱等，对外表面或内表面均有耐磨性或耐蚀性等要求，是表面处理行业中的一个主要应用领域。现有的表面处理方式主要包括激光熔覆、电镀以及热喷涂等几种方式。其中，激光熔覆技术相比于热喷涂技术，可以使熔覆材料和基体材料产生冶金结合，在涂层结合强度上具有较大优势。激光熔覆技术相较于电镀而言，该工艺无废液或其他有害物质产生，可以大幅降低对环境的污染。

目前的激光熔覆技术中，熔覆速度通常小于1m/min，熔覆层的厚度在0.5-2mm之间。对于多数的耐磨及耐腐蚀要求而言，其厚度值均高于设计指标数倍，致使熔覆后还要进行磨削，并且熔覆后磨削量很大，这就导致粉末用量大，利用率低。同时由于熔覆速度较慢，熔覆效率低，其熔覆单位面积的价格成本及时间成本均高于电镀及热喷涂。因此，提高熔覆速度及熔覆效率，同时使熔覆层厚度处于合理的区间内，减少不必要的浪费，降低熔覆成本，是激光熔覆技术进一步发展的关键因素。

如图2所示，为传统的激光熔覆工作示意图，其激光不能旋转，直接在粉末聚焦点交汇，形成的熔池面积小，并且其激光能量密度不均匀，中间密度大，边缘密度小。

因此本发明提出一种旋转光束超高速激光熔覆方法及装置，采用送粉的方式，粉末的聚焦点在工件上方，不仅熔覆层均匀，并且熔覆效率高，熔覆层厚度低。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提出一种旋转光束超高速激光熔覆方法，不仅熔覆层均匀，并且熔覆效率高，熔覆层厚度低。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种旋转光束超高速激光熔覆方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：调节激光熔覆喷嘴的角度，将由激光熔覆喷嘴喷出的粉末的聚焦点位于待熔覆的工件的上方，所述聚焦点距离工件表面0-5mm；

步骤S2：调节光路系统，启动X方向振镜电机和Y方向振镜电机，X方向振镜电机和Y方向振镜电机分别驱动X方向振镜和Y方向振镜振动，调整X方向振镜电机和Y方向振镜电机的旋转角度，使X方向振镜和Y方向振镜的振动偏转方向互相垂直，以使激光光束经由X方向振镜和Y方向振镜后形成旋转光束，并形成光斑；

步骤S3：调整工件的旋转线速度，以使工件的旋转线速度设置在25～200m/min范围内；

步骤S4：开启激光发射器和送粉器，激光发射器发射激光束，送粉器经过激光熔覆喷嘴喷射粉末流，激光光束经由X方向振镜和Y方向振镜后形成旋转光束，并经聚焦镜聚焦后与粉末流在物理空间形成交汇区域；

步骤S5：粉末流在交汇区域内受到均匀的激光能量辐照加热，以液态或半固态落入熔池，后经冷却形成熔覆层；

步骤S6：移动激光器和送粉器或移动工件以对整个工件进行熔覆。

进一步，所述工件为轴对称零件。