采用多激光器进行激光熔覆的方法技术

一种采用多激光器进行激光熔覆的方法，包括以下步骤：用丙酮或酒精对基材表面进行除油和清洗处理；采用第一台激光器发射的激光束辐照在基材指定位置的表面，使基材表面预热；或者对基材不预热直接转为步骤3；采用第二或多台激光器发射的激光束辐照在基材指定位置的表面，第二台激光器发射的激光束使基材表面熔化，使基材表面形成熔池；采用送粉器将合金粉末送入基材上的熔池中；采用第三台激光器发射的激光，使基材表面缓慢冷却或不用激光器而自然冷却；冷却后使合金粉末在基材表面形成涂层，完成制备。本发明专利技术的优点是：激光熔覆效率高，降低加工成本；与基材结合良好；操作方便，自动化程度高。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种，包括以下步骤：用丙酮或酒精对基材表面进行除油和清洗处理；采用第一台激光器发射的激光束辐照在基材指定位置的表面，使基材表面预热；或者对基材不预热直接转为步骤3；采用第二或多台激光器发射的激光束辐照在基材指定位置的表面，第二台激光器发射的激光束使基材表面熔化，使基材表面形成熔池；采用送粉器将合金粉末送入基材上的熔池中；采用第三台激光器发射的激光，使基材表面缓慢冷却或不用激光器而自然冷却；冷却后使合金粉末在基材表面形成涂层，完成制备。本专利技术的优点是：激光熔覆效率高，降低加工成本；与基材结合良好；操作方便，自动化程度高。【专利说明】
本专利技术属于激光加工
，特别涉及一种。
技术介绍
激光熔覆技术作为一种新兴的表面改性技术，由于其绿色无污染、效率高等优点，在矿山机械、钢铁冶金等零部件的强化和修复过程被广泛采用。在具体实施过程中，激光熔覆工艺在工业应用中经常遇到的两个突出问题:一是激光熔覆效率偏低，导致加工成本过高；二是熔覆层易产生裂纹和气孔，限制了该技术的应用。为了解决上述工程瓶颈，有研究人员公开了一种采用双光束激光快速熔覆方法(专利申请号:CN201110352255.0)，该方法在同一激光器的基础上通过激光分束镜将激光分为一前一后两束激光，这种方法限制了两激光束的能量比例，通用性较差。因此，寻求一种加工效率高，同时可降低激光熔覆层开裂倾向的方法成为促进激光熔覆工业化的必然需求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种，通过合理调整激光光束的空间分布，可实现预热、熔覆、缓冷同步进行的激光熔覆方式、多光叠加提高熔覆功率的方式或多光平行搭接熔覆得到大面积熔覆涂层的方式,采用这些方式能大幅提高激光熔覆效率，同时提高熔覆层的质量。本专利技术提供一种，包括以下步骤:(I)用丙酮或酒`精对基材表面进行除油和清洗处理；(2)采用第一台激光器发射的激光束辐照在基材指定位置的表面，使基材表面预热；或者对基材不预热直接转为步骤(3)；(3)采用第二或多台激光器发射的激光束辐照在基材指定位置的表面，第二台激光器发射的激光束使基材表面熔化，使基材表面形成熔池；(4)采用送粉器将合金粉末送入基材上的熔池中；(5)采用第三台激光器发射的激光，使基材表面缓慢冷却或不用激光器而自然冷却；(6)冷却后使合金粉末在基材表面形成涂层，完成制备。本专利技术的优点是:(I)无需体积庞大、加热速度慢、装卸不方便的用于预热和缓冷的加热炉，可以一次性实现大面积的激光熔覆涂层，激光熔覆效率与传统的单激光器熔覆相比可提高几十倍，大幅降低加工成本；(2)涂层组织致密，与基材结合良好，稀释率低，厚度易于控制，无裂纹和气孔；(3)操作方便，自动化程度高，对基材的形状尺寸没有严格的要求，在航空航天、石油化工、矿山机械、钢铁冶金等工业领域零部件的表面强化和修复中具有广泛的应用前景。【专利附图】【附图说明】为进一步说明本专利技术的具体
技术实现思路
，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中:图1为本专利技术的方法流程图；图2为本专利技术中使用三台激光器实现预热、熔覆、缓冷同步进行的激光熔覆的装置不意图；图3为本专利技术中使用三台激光器实现多光叠加提高熔覆功率的激光熔覆方式的装置示意图。图4为本专利技术中使用三台激光器实现多光平行搭接熔覆得到大面积熔覆涂层方式的装置示意图。【具体实施方式】请参阅图1-图4，本专利技术提供一种，包括如下步骤:步骤1:用丙酮或酒精对基材表面进行除油和清洗处理；步骤2:采用第一台激光器发射的激光束辐照在基材指定位置的表面，使基材表面预热；或者对基材不预热直接转为步骤(3)；激光熔覆过程，由 于熔覆材料与基体材料热物性差异，尤其是熔覆材料与基体材料在热膨胀系数方面的差异，会导致激光熔覆层出现裂纹。另外，激光熔覆过程的快速冷却也是激光熔覆层出现裂纹的重要原因，为了缓解激光熔覆层出现裂纹，需要对熔覆材料与基体材料进行预热，本专利技术采用第一台激光器发射的激光束对基材材料表面进行预热，调整激光功率，使基材材料表面预热温度为150-800°C。预热可以降低基体材料的冷却速率，降低激光熔覆层的开裂倾向。本专利技术提供的，所述基材为不锈钢、碳钢、合金钢或铸铁。对于裂纹倾向小的激光熔覆过程，未提高激光熔覆效率，降低激光熔覆工艺的复杂程度，对基材材料可以不进行预热处理，直接进入步骤3，实施激光熔覆。步骤3:采用第二或多台激光器发射的激光束辐照在基材指定位置的表面，第二台激光器发射的激光束使基材表面熔化，使基材表面形成熔池；第一台激光器输出的激光束对基体材料预热后，第二台激光器发射激光束对基体材料加热，使基体材料熔化形成熔池。由于第一台激光器输出激光束的预热作用，第二台激光器输出激光束对基体加热的温度升高量变小，由此导致热变形变小，因此有效得降低了激光熔覆过程的热应力。对于裂纹倾向很小的激光熔覆过程，可以不进行预热，采用多台激光器同时发射激光束对基材材料表面进行加热，使基材材料熔化形成熔池。多台激光器输出的激光束辐照在基材材料表面的光斑可以完全重叠在一起，激光功率线性叠加，可以提高激光熔覆的效率，详细可参阅图3所示。多台激光器输出的激光束辐照在基材材料的光斑可以部分重叠在一起，扩大激光束扫描的宽度，提高激光熔覆的效率，详细可参阅图4所示。步骤4:采用送粉器将合金粉末送入基材上的熔池中；所述送粉器的喷嘴配置在第二台激光器的激光头上。采用多台激光器进行激光熔覆的方法，第一台激光器输出的激光束对基体材料进行预热，第二台激光器输出的激光束加热使基体材料使基体材料熔化形成熔池，同时将合金粉末通过安装在第二台激光器的激光头上的同轴送粉喷嘴送入基材上的熔池中。采用多台激光器进行激光熔覆的方法，多台激光器输出的激光束在基材材料表面的光斑完全重叠，对基材材料加热使基材材料熔化形成熔池，同时将合金粉末通过安装在第二台激光器的激光头上的同轴送粉喷嘴送入基材上的熔池中。其中所述送粉器的喷嘴为单独配置，位于多台激光器的激光头的一侧，详细参阅图4所示。采用多台激光器进行激光熔覆的方法，多台激光器输出的激光束在基体材料表面的光斑部分重叠，扩大了激光束单次扫描的宽度。合金粉末由单独配置的侧向送粉喷嘴4送入基材的熔池中。步骤5:采用第三台激光器发射的激光，使基材表面缓慢冷却或不用激光器而自然冷却；第二台激光器输出激光束，同时将合金粉末通过安装在第二台激光器的激光头上的同轴送粉喷嘴送入基体材料的熔池中。接着由第三台激光器发射激光束，对基体材料进行加热，使基体材料表面缓慢冷却。缓慢冷却可以有效降低激光熔覆层的开裂倾向，提高激光熔覆层的表面质量。对于不易开裂的`激光熔覆材料，为提高工作效率可以不用激光器输出激光缓冷，而使激光熔覆层自然冷却。所述多台激光器为光纤激光器、固体激光器或半导体激光器；该多台激光器为连续激光器或是脉冲激光器；该多台激光器的功率范围为30010000W。多台激光器聚焦后的光束沿激光扫描方向依次输出，每两个光束焦点之间的距离为0-50mm。当每个光束焦点之间距离为O时，多束激光束光斑完全重叠，激光功率线性叠加，可以显著提高激光熔覆的效率。当每个光束焦点之间距离大于O时，可以通过调整多台激光器的激光头位置，使多台激光器输出的激光束在基材表面的光斑部分重叠或不重叠。所属激光器的激光束的扫描本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林学春，赵树森，刘发兰，王奕博，周春阳，高文焱，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：