[发明专利]一种基于磁力与离心力双重压制的超高速激光熔覆装置及工艺

说明书

本发明提供了一种基于磁力与离心力双重压制的超高速激光熔覆装置及工艺，包括激光发生器、分光器、粉末装置、回转工装和磁场发生器；所述回转工装内安装基体，通过驱动装置使回转工装旋转；所述磁场发生器用于在回转工装内产生磁场；所述激光发生器通过分光器产生不同能量的第一激光束和第二激光束，所述第一激光束和第二激光束共同聚焦在基体表面；所述粉末装置输送的粉末喷射到基体表面，通过第一激光束和第二激光束实现激光熔覆。本发明在离心力与磁力的双重挤压作用下气体可快速逃逸，保证熔覆层致密并减少孔隙，克服了现阶段超高速激光熔覆加工轴类或盘类零件时离心力的不良影响。

技术领域

本发明涉及激光熔覆技术领域，特别涉及一种基于磁力与离心力双重压制的超高速激光熔覆装置。

背景技术

超高速激光熔覆技术是德国弗劳恩霍夫激光技术研究所(Fraunhofer ILT)和亚琛工业大学(RWTH-Aachen)的研究者于2017年开发出一种新型表面涂层技术。基于同轴送粉喷嘴的优化设计，超高速激光熔覆技术实现了粉末粒子与激光束的最佳耦合，在高能密度激光束的作用下使粉末与高速运动的基体表面同时熔化，快速凝固后形成与基体呈高强冶金结合的熔覆层，极大提高了熔覆速率，突破了传统熔覆的效率瓶颈。

目前，超高速激光熔覆加工对象多为轴类和盘类零部件。通过工件的旋转来获得超高的熔覆速度，这种加工方式存在较大的离心力，制备的熔覆层存在气孔等缺陷，且该技术尚未在工件内壁领域应用。同时超高速激光熔覆技术目前仍处在推广应用阶段，制备过程中的基础性研究尚不完善，在成型精度和缺陷控制方面仍有许多工作需要完成。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种基于磁力与离心力双重压制的超高速激光熔覆装置，通过磁场与离心力配合在圆筒内壁上实现超高速激光压制熔覆，同时在激光压制熔覆中，开启高速摄像机，对激光熔覆过程进行实时检测，动态调整工艺参数，从而达到制备无缺陷高性能金属构件目的。增设辅助激光头，在熔覆过程中形成较大矩形光斑，与主熔覆头的小光斑配合，光斑重叠部分能够提供较高能量促进粉末融化，提高熔覆效率；非重叠部分能够对基体进行预加热，降低温度梯度，减少熔覆层残余应力，并在多道熔覆过程中对熔覆层进行重熔修复，提高熔覆层质量。此外，通过本发明提出的装置和方法也可将现有超高速激光熔覆二维增材技术拓展至超高速激光沉积三维增材技术，能够弥补传统三维增材技术效率和精度的不足，从而拓宽超高速激光沉积技术的应用范围，促进其推广应用。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种基于磁力与离心力双重压制的超高速激光熔覆装置，包括激光发生器、分光器、粉末装置、回转工装和磁场发生器；

所述回转工装内安装基体，通过驱动装置使回转工装旋转；所述磁场发生器用于在回转工装内产生磁场；所述激光发生器通过分光器产生不同能量的第一激光束和第二激光束，所述第一激光束和第二激光束共同聚焦在基体表面；所述粉末装置输送的粉末喷射到基体表面，通过第一激光束和第二激光束实现激光熔覆。

进一步，所述第一激光束通过主熔覆头输出形成的第一光斑面积小于所述第二激光束通过辅助激光头输出形成第二光斑的面积，且所述第一光斑的能量大于第二光斑的能量；所述第二光斑与第一光斑的重叠部分用于促进粉末融化，所述第二光斑与第一光斑非重叠部分用于对基体进行预加热。

进一步，所述第一激光束通过主熔覆头输出形成圆形光斑，所述第二激光束通过辅助激光头输出形成矩形光斑，所述矩形光斑覆盖圆形光斑。

进一步，在第一激光束和第二激光束作用下熔融态粉末在基体表面形成熔池，在磁场产生的洛伦兹力与旋转产生的离心力的双重作用下使熔池受压，用于形成高密度致密结构的熔池。

进一步，所述回转工装底面均匀分布若干通孔，用于粉末下落；所述通孔下方设有粉末收集槽，通过带锥度的支架使粉末汇聚到粉末收集槽内；所述粉末收集槽上方设有过滤网，用于过滤熔覆过程中产生的残渣。