[发明专利]一种高效率的丝材激光熔覆方法

说明书

本发明提出一种丝材激光熔覆方法，包括：将丝材加热装置的一极连接工件，另一极连接导电嘴，将丝材穿过导电嘴后与工件表面接触，并使激光束和丝材分别与工件表面呈一定角度，开启丝材加热装置，将丝材预加热到一定温度，开启激光器，激光器产生的激光束聚焦于与工件表面丝材上，丝材吸收激光能量后在工件表面瞬间形成熔池，按预先设立路径和速度控制熔池在工件表面进行移动，完成激光熔覆。本发明通过提高丝材初始温度和熔覆线速度，使丝材进入激光束之前，其温度已经升高至接近熔点，只需要较小激光能量和较短激光束照射时间就能使丝材熔化并在工件表面上形成熔池，丝材熔覆效率和质量都得到明显提升，具有广阔的推广应用前景。

技术领域

本发明涉及一种丝材激光熔覆方法，尤其是一种提高丝材初始温度和熔覆线速度的丝材激光熔覆方法，属于先进制造技术领域。

背景技术

激光熔覆技术作为一种高精度、高性能、低热影响区以及低稀释率特点的先进制造技术，被广泛应用于金属零件表面制备改性覆层、表面缺陷修复以及金属增材制造等用途。

激光熔覆技术根据熔覆材料的状态可分为金属粉材激光熔覆和金属丝材激光熔覆两大类。金属丝材激光熔覆是以金属丝材作为熔覆材料，采用高能量的激光束作为能量源，按照预定的加工路径，将金属丝材与工件基材同时熔化、凝固与沉积，从而实现在金属零件表面制备合金覆层、修补缺陷或者进行金属零件的增材制造。

相比金属粉材激光熔覆，金属丝材激光熔覆由于材料利用率高、成本低，熔覆层致密度好、缺陷少，越来越受到激光熔覆行业的重视。但是由于现有金属丝材熔覆时，丝材初始温度较低（丝材初始温度指丝材在进入激光束照射区之前的温度），其温度小于50℃，而丝材要跟基体融合为一体的话，温度需要升高到摄氏度1300℃以上，这个过程需要消耗较多的激光能量去加热丝材，并且丝材对激光的反射率高，激光能量利用率低，因此造成金属丝材的熔覆效率低，以2千瓦的激光功率为例，传统丝材熔覆1mm厚度的效率为0.06-0.08㎡/h。另一方面，行业内为了提高激光熔覆效率，普遍采用大功率激光器来提高激光束能量，从而提高熔覆效率，但采用大功率激光器会大大增加设备成本。所以这两方面的原因限制了金属丝材激光熔覆的大规模产业化应用。

如何在不增加激光功率的情况下实现高效率的金属丝材激光熔覆是当前需要解决的一个难点，因此需要一种提高金属丝材初始温度和激光能量利用率的解决方法，本发明基于此提出。

发明内容

本发明的目的在于提出一种高效率金属丝材激光熔覆方法，通过提高丝材初始温度和提高熔覆线速度，使丝材进入激光束之前，其温度已经升高至接近熔点，因此只需要较小的激光能量和较短的激光束照射时间就能使丝材熔化并在工件表面上形成熔池，从而在同样的激光功率下在单位时间内可以尽可能多的熔化丝材，使丝材熔覆效率得到明显提升，同时提高丝材初始温度还可以提高丝材对激光的吸收率，从而进一步提高熔覆效率，此外较高的熔覆线速度可明显降低熔覆层的稀释率和工件热影响区，有利于熔覆层质量的提升。因此本发明有效解决了传统金属丝材激光熔覆技术存在的激光能量利用率低、熔覆效率低等问题，具有广阔的推广应用前景。

本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：

一种丝材激光熔覆方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一、引入丝材加热装置和导电嘴，并将所述丝材加热装置的第一电极连接于待处理工件，将所述丝材加热装置的第二电极连接于所述导电嘴；

步骤二、将丝材的前端穿过所述导电嘴后与待处理工件的表面接触，并调节激光器输出激光束的位置和角度，使得激光束的聚焦光斑位于丝材与待处理工件表面的接触点位置附近，并使激光束和丝材分别与待处理工件的表面呈一定的角度；

步骤三、开启丝材加热装置，将丝材预加热到一定温度；

步骤四、开启激光器，激光器产生的激光束聚焦于与待处理工件表面接触的丝材上，丝材吸收大量激光能量后在待处理工件表面瞬间形成熔池；