高热导率基体激光熔覆加工方法及所用系统技术方案

本发明专利技术涉及激光熔覆技术，具体是一种高热导率基体激光熔覆加工方法及所用系统，为了防止高热导率基体在激光熔覆过程中迅速冷却，本发明专利技术建立了一套均匀预热的恒温控制系统，对高热导率材料在激光熔覆步骤前加入预热步骤，且通过智能ＰＩＤ温度控制方式在激光熔覆过程中保持温度的稳定性。所用恒温控制系统由基体预热器、温控装置和上位机监测系统构成。基体预热器为箱体结构，由加热管、导热板、耐火瓷板、保温层和垫块构成。温控装置由温控器、固体继电器和热电偶组成。本发明专利技术可以连续调节预热温度的范围在常温～９００℃之间，能实现温度曲线的实时在线显示，基体预热均匀性好，控制精度高，自动化程度高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光熔覆技术，具体地说是一种能在激光熔覆过程中通过 基体预热器、相应的硬件集成控制单元和软件操作界面，实现基体在不同 预热温度下和激光熔覆过程中的均匀预热和恒温控制的高热导率基体激光 熔覆的加工方法及所用系统。
技术介绍
激光熔覆始于20世纪70年代，是将熔覆材料预置在基体材料上，利 用激光的高能量作用，在基体材料表面制备耐磨涂层的技术。而现在激光 熔覆是指利用高功率密度激光束局部熔化基材表面形成熔池，同时添加金 属合金粉末熔化凝固形成新的合金涂层，其特征是涂层与基材实现了牢固 的冶金结合，基材的可控少量熔化使其对熔覆材料的稀释率很低，保证了 熔覆材料自身的成分与冶金体系，能达到极好的表面耐磨、耐腐蚀、抗热 疲劳、抗高温氧化等多种性能。利用激光熔覆技术熔覆热导率低的材料研究开始得较早，而高热导率 基材的激光熔覆研究则是最近才发展起来的。热导率低的材料，在激光熔 覆时因其导热慢、冷却慢，所以在金属粉末熔化凝固时，加工表面易与烙 覆粉末形成新的冶金涂层；而热导率高的材料，因其导热快加工表面很难 熔融，致使加工表面很难与熔覆粉末形成紧密结合的冶金涂层，实际加工 涂层与基材之间会产生很多气孔，同时也容易脱落。为了减缓高热导率的 基材在激光熔覆过程中对激光能量的快速传导，在激光熔覆前对高热导率 基材进行预热处理是很有必要的；同时为了保证熔覆后涂层性能的均匀性， 在激光熔覆过程中保持基材预热温度的稳定性也很重要，因此需要建立一 套适用于高热导率基材的激光熔覆恒温控制系统，但目前尚未见合适的、 均匀预热的恒温控制系统的成功报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能有效减缓高热导率基体在激光熔覆过程 中迅速传导激光能量,实现加工表面与激光熔覆涂层之间形成高致密度冶金 结合的高热导率基体激光熔覆加工方法及所用恒温控制系统。本专利技术的技术方案包括高热导率基体激光熔覆加工方法包括熔覆步骤，为了防止高热导率4基体在激光熔覆过程中迅速冷却，建立了一套均匀预热的恒温控制系统，对高热导率材料在激光熔覆步骤前加入预热步骤，且通过智能PID温度控制方式在激光熔覆过程中保持温度的稳定性；其恒温温度控制在600 700度范围内，加温速率为20 35度/分；其中所述PID温度控制通过PID温控器来设定基体预热温度并进行控制得以实现，当检测到基体的预热温度低于设定温度时，发出控制信号，接通基体的加热电源，对基体进行均匀加热；当加热温度达到设定温度时，断开基体的加热电源，形成对基体温度的控制。所述加工方法所用的恒温控制系统，包括—基体预热器，为敞口箱体结构，由加热管、导热板、耐火瓷板、保温层和垫块组成，耐火瓷板通过保温层置于箱体内壁，容置有预热基体的导热板通过垫块置于耐火瓷板的底部表面，加热管安装在耐火瓷板和导热板之间的预留空隙里；一温控装置，由温控器、热电偶和固体继电器组成，热电偶置于所述箱体内部，并且紧贴预热基体设置，用于将采集预热基体的温度信号送至温控器实时显示温度值；通过固体继电器将加热管与电源相连接，通过温控器控制固体继电器的开断，来接通断开加热管与电源的连接，从而反馈调节预热温度的高低；还可以包括上位机监测系统，上位机监测系统由温度监测程序和温度输入转换模块两部分组成，所述温度输入转换模块通过插入所述箱体内的热电偶采集预热基体温度的模拟信号，将预热基体温度模拟信号转换为数字信号，送至存于上位机的温度监测程序中，由温度监测程序控制信号的采集和接收过程，其运行在线显示预热基体温度的变化。本专利技术所述保温层为隔热石棉材料。所述加热管为内装石英粉末的不锈钢钢管，由内置加热电阻丝、两自由端的陶瓷隔热头和接电头组成，加热管在箱体内呈立体"M"字形排布，并且加热管弯折处互相正交；加热电阻丝采用4Cr28Ni48W6或0Cr25Ni20Si2丝；陶瓷隔热头采用氧化铝陶瓷材料；导热板为倒置板凳结构，采用紫铜材料；所述温度监测程序的执行同时进行采集控制和显示两任务，其中采集控制过程步骤如下步骤1)初始化，设置端口号、传输速度、数据类型和自动发送时间间隔；步骤2)选择温度传输类型，手动发送或者自动发送；步骤3)温度数据接收和处理；采集显示步骤在选择接收数据的类型后接收数据，对温度数据进行接收和处理，实时在线显示温度曲线。本专利技术具有以下特点1. 温度场稳定。为了防止高热导率基体在激光熔覆过程中迅速冷却，本专利技术建立了一套均匀预热的恒温控制系统，对高热导率材料在激光熔覆步骤前加入预热步骤，且通过智能PID温度控制方式为高热导率基体的激光熔覆提供了稳定的温度场。温度场是反映加工过程条件的一个重要参数，稳定的温度场能够保证成形零件的质量及尺寸精度。利用本专利技术的恒温控制系统给基体预热，不但可以获取与基体高致密结合的激光熔覆冶金涂层，而且可以保证激光熔覆过程中温度场的稳定性，从而获得内部组织性能均匀的涂层。2. 自动化程度高。本专利技术是以热传导理论和高热导率基体的激光熔覆理论为依据，所采用的高热导率基体激光熔覆恒温控制系统，包括基体预热器、温控装置、上位机监测系统。温控装置的温度控制采用单路设计，即智能PID控制，实现基板预热温度在常温 900。C范围内连续调节，控制在600 700度范围内进行稳定预热过程。控制过程全自动进行，不需人为干预，通过上位机监测系统实现了对基板预热温度的实时检测和记录，温度监测程序7具有参数设置，根据采集数据描绘并显示曲线，自动、手动实时采集等功能。3. 基体预热均匀性好，控制精度高。本专利技术采用PID温度控制方法，使基体预热过程反映速度快、精度高，可达到士o.orc;同时，利用导热板8置于电加热管11上方，形成的温度场均匀、稳定，并为高热导率基体的激光熔覆技术中存在的熔覆层多气孔、易脱落等问题提供了一个有效的解决途径。附图说明图1是本专利技术恒温控制系统总体结构图。图2是图1中基体预热器结构示意图。图3是图2中加热管结构示意图。图4是图2中导热板结构示意图。图5是温度监测程序流程图。图6是本专利技术一个实施例温度监测界面。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。本专利技术高热导率基体的激光熔覆加工方法，包括熔覆步骤，为了防止高热导率的基体在激光熔覆过程中迅速冷却，建立了一套均匀预热的恒温控制系统，对高热导率材料在激光熔覆步骤前加入预热步骤，且通过PID控制在激光熔覆过程中保持温度的稳定性；其中恒温控制温度控制在600 700度范围内，加温速率为20 35度/分(本实施例分别为600， 650， 680，700度，加温速率分别为20、 25、 30、 35度/分)。参见图1和图2，本专利技术中所用恒温控制系统由基体预热器l、温控装置2、上位机监测系统3三个部分组成。基体预热器1为一便于下一工序加工的敞口箱体结构，箱体里设加热管ll、导热板8、耐火瓷板IO、保温层13和垫块12，由加热管ll、导热板8、耐火瓷板IO、保温层13和垫块12组成，耐火瓷板IO通过保温层13置于箱体内壁，容置有预热基体的导热板8通过垫块12置于耐火瓷板10的底部表面，加热管11安装在耐火瓷板10和导热板8之间的预留空隙里；保温层13为隔热石棉材料。温控装置2由温控器4、热电偶9和固体继电器5组成，热电偶9置于所述箱体内部，并且紧贴预热基体设置，用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高热导率基体激光熔覆加工方法，包括熔覆步骤，其特征在于：为了防止高热导率基体在激光熔覆过程中迅速冷却，建立了一套均匀预热的恒温控制系统，对高热导率材料在激光熔覆步骤前加入预热步骤，且通过智能ＰＩＤ温度控制方式在激光熔覆过程中保持温度的稳定性；其恒温温度控制在６００～７００度范围内，加温速率为２０～３５度／分。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟军，邢飞，
申请(专利权)人：沈阳新松机器人自动化股份有限公司，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]