一种同步送丝送粉激光熔覆焊接系统及熔覆焊接方法技术方案

本发明专利技术涉及一种同步送丝送粉激光熔覆焊接系统，用于对基材进行增材制造、焊接，包括机器人、激光器、控制系统、送粉机构、激光熔覆头和送丝机构，所述基材安装在工作台上，所述激光器发射出的激光通过光纤和激光熔覆头照射至基材上形成光斑，所述送粉机构输出金属或合金粉末通过送粉管路和激光熔覆头输出至上述光斑内，所述送丝机构将金属焊丝通过送丝管路输出至上述光斑内，所述控制系统分别与机器人、激光器、送粉机构和送丝机构电连接，所述激光熔覆头安装在机器人的机械手臂末端。本发明专利技术的主要用途是提供一种熔覆效率高，熔覆质量好，材料利用率高，使用灵活，节约制造成本和时间成本的同步送丝送粉激光熔覆焊接系统及熔覆焊接方法。

【技术实现步骤摘要】
一种同步送丝送粉激光熔覆焊接系统及熔覆焊接方法
本专利技术涉及一种激光熔覆焊接系统，特别是涉及一种同步送丝送粉激光熔覆焊接系统及熔覆焊接方法。
技术介绍
激光熔覆(LMD)是指激光增材制造工艺，激光熔覆因其具有高冷却速率，且熔覆层具有细小显微组织结构，与母材冶金结合，热影响区小的特点，目前是替代表面镀铬的主要工艺。而且激光熔覆技术是金属零部件快速直接制造、失效金属零部件绿色再制造的重要手段之一，广泛应用于航空、石油、汽车、机械制造、船舶制造、模具制造等行业。目前激光熔覆大多都使用金属粉末作为填充材料，金属粉末与激光相互作用，形成的熔覆层表面质量好，但金属粉末沉积速度较低，材料利用率低。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种熔覆效率高，熔覆质量好，材料利用率高，可以灵活调节熔覆金属成分，节约制造成本和时间成本的同步送丝送粉激光熔覆焊接系统及熔覆焊接方法。为解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：一种同步送丝送粉激光熔覆焊接系统，用于对基材进行增材制造焊接，包括机器人、激光器、控制系统、送粉机构、激光熔覆头和送丝机构，所述基材安装在工作台上，所述激光器发射出的激光通过光纤和激光熔覆头照射至基材上形成光斑，所述送粉机构输出的金属或合金粉末通过送粉管路和激光熔覆头输出至上述光斑内，所述送丝机构将金属焊丝通过送丝管路输出至上述光斑内，所述控制系统分别与机器人、激光器、送粉机构和送丝机构电连接，所述激光熔覆头安装在机器人的机械手臂末端。进一步地，所述金属焊丝与加热电源电连接，通过电阻热预加热金属焊丝。进一步地，所述送丝管路与激光熔覆头安装在一起，且送丝管路送丝端的中轴线与激光熔覆头所输出激光束的中轴线之间呈30-40度角。进一步地，所述激光熔覆头内设有激光镜组、送粉通道和激光输出通道，激光经光纤进入激光熔覆头后，通过激光镜组聚焦成束并通过激光输出通道照射至基材上形成光斑，所述激光熔覆头的送粉通道设有多个，呈环状均匀分布在激光输出通道的外侧，所述送粉通道将金属或合金粉末输送并汇集至上述光斑。进一步地，所述送粉管路采用防静电输粉管。一种同步送丝送粉激光熔覆焊接方法，适用于上述任一项的一种同步送丝送粉激光熔覆焊接系统，所述方法包括如下步骤：S1、对待加工基材表面进行预处理；S2、设定各项工艺参数；S3、启动控制系统，控制送粉机构将金属或合金粉末输送至基材的待加工位置，然后激光器发射激光经激光熔覆头照射至基材表面的待加工位置处形成光斑，同时送丝机构启动并将金属焊丝输送至光斑内，光斑内的金属或合金粉末和金属焊丝在激光加热作用下在基材表面熔融形成熔池并在激光扫描路径后方凝固形成熔覆层。进一步地，步骤S3中，所述控制系统先控制送粉机构送粉至基材的待加工位置，间隔15-20s待送粉均匀后再控制激光器发射激光照射到基材表面的待加工位置处形成光斑，同时控制送丝机构送丝至上述光斑内。进一步地，所述金属焊丝直径为0.8-1.6mm，所述金属或合金粉末粒径为20-200um，所述光斑直径为1-6mm。相比现有技术，本专利技术的有益效果在于：本专利技术中将送粉与送丝相结合进行激光熔覆，相较于单独送粉或单独送丝的激光熔覆技术而言，通过热丝和粉末的同时添加，可以根据不同生产需要，在线改变熔覆金属成分，以获得新性能的熔覆金属，同时熔覆效率大大提高，熔覆质量更好，材料利用率更高，使用更加灵活，节约制造成本和时间成本；另外将使用冷金属焊丝改进为使用热金属焊丝，进一步提升了熔覆效率和熔覆质量，应用范围更加广泛。附图说明图1为本专利技术的同步送丝送粉激光熔覆焊接系统的结构示意图；图2为图1所示同步送丝送粉激光熔覆焊接系统中激光熔覆头的结构图；图3是本专利技术的同步送丝送粉激光熔覆焊接方法的流程图。其中，1、激光器；2、控制系统；3、送粉机构；4、基材；5、激光熔覆头；51、激光镜组；52、送粉通道；53、激光输出通道；6、送丝机构；61、送丝管路。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。需要说明的是，在本专利技术的技术方案的描述中，为了清楚地描述本专利技术的技术特征所使用的一些方位词，例如“前”、“后”、“上”、“下”、“顶部”、“底部”、“内”、“外”等均是按照本专利技术的附图方位而言的。实施例1如图1和图2所示，本实施例的一种同步送丝送粉激光熔覆焊接系统，用于对基材4进行增材制造，该激光熔覆焊接系统包括机器人、激光器1、控制系统2、送粉机构3、激光熔覆头5和送丝机构6，控制系统2主要包括西门子PLC和WinCC(视窗控制中心)两大模块，WinCC集生产自动化和过程自动化于一体，实现了相互之间的整合；控制系统2通过现场总线分别与机器人、激光器1、送粉机构3和送丝机构6电连接，激光熔覆头5安装在机器人的机械手臂第六轴末端，机器人根据控制系统2发出的指令，通过机械手臂带动激光熔覆头5进行相应的转动或移动。本实施例的基材4安装在回转工作台上，回转工作台完成工件回转运动，机器人在基材上方沿基材轴向运动。激光器1发射出的激光通过光纤和激光熔覆头5照射至基材4上形成光斑，光纤末端与激光熔覆头5相连接，用于将激光输送至激光熔覆头5内。送粉机构3输出金属或合金粉末通过送粉管路和激光熔覆头5的多孔送粉通道输出并汇集至上述光斑内，送粉管路采用防静电输粉管，具有防静电作用，可有效避免因静电吸附而产生的堵粉现象。送丝机构6将金属焊丝加热后通过送丝管路61输出至上述光斑内，金属焊丝与加热电源电连接，金属焊丝内通入电流后产生电阻热预加热金属焊丝，预加热后的金属焊丝通过送丝管路61输出至上述光斑内，相较于现有技术中采用冷丝而言，本实施例中先对金属焊丝进行加热，可以将熔融速率至少提升两倍，大大提高了加工效率，而且预加热后的金属焊丝熔融均匀，成形性佳，能够进一步提高熔融层的表面质量。本实施例中送丝管路61与激光熔覆头5安装在一起，可以随着激光熔覆头5同步移动，且送丝管路61送丝端的中轴线与激光熔覆头5所输出激光束的中轴线之间呈30-40度角，本实施例中优选为30度角。送丝端是指金属焊丝输出的一端；金属焊丝采用实芯丝材或药芯丝材，送丝方向和角度对基材4表面质量的影响很大，经技术人员多次试验计算得知，当金属焊丝与激光束呈30-40度夹角进入光斑内进行熔融时，与金属或合金粉末熔融后结合形成的熔覆层质量最好，而且稳定性高。本实施例的激光熔覆头5内设有激光镜组51、送粉通道52和激光输出通道53，激光经光纤输送进入激光熔覆头5后通过激光镜组51聚焦成束并通过激光输出通道53照射至基材4上形成光斑，激光熔覆头5的送粉通道52设有多个，呈环状均匀分布在激光输出通道53的外侧，具体地，送粉通道52与送粉器连接，送粉器通过惰性送粉载气将金属或合金粉末送入送粉通道52内，载气可采用纯度高于99.99％的氩气或氦气，金属或合金粉末在载气带动下与激光同轴输出至基材4上的激光照射形成的熔池处本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种同步送丝送粉激光熔覆焊接系统，用于对基材(4)进行增材制造、焊接，其特征在于：包括机器人、激光器(1)、控制系统(2)、送粉机构(3)、激光熔覆头(5)和送丝机构(6)，所述基材(4)安装在回转工作台上，所述激光器(1)发射出的激光通过光纤和激光熔覆头(5)照射至基材(4)上形成光斑，所述送粉机构(3)输出的金属或合金粉末通过送粉管路和激光熔覆头(5)输出至上述光斑内，所述送丝机构(6)将金属焊丝通过送丝管路(61)输出至上述光斑内，所述控制系统(2)分别与机器人、激光器(1)、送粉机构(3)和送丝机构(6)电连接，所述激光熔覆头(5)安装在机器人的机械手臂末端。/n

【技术特征摘要】
1.一种同步送丝送粉激光熔覆焊接系统，用于对基材(4)进行增材制造、焊接，其特征在于：包括机器人、激光器(1)、控制系统(2)、送粉机构(3)、激光熔覆头(5)和送丝机构(6)，所述基材(4)安装在回转工作台上，所述激光器(1)发射出的激光通过光纤和激光熔覆头(5)照射至基材(4)上形成光斑，所述送粉机构(3)输出的金属或合金粉末通过送粉管路和激光熔覆头(5)输出至上述光斑内，所述送丝机构(6)将金属焊丝通过送丝管路(61)输出至上述光斑内，所述控制系统(2)分别与机器人、激光器(1)、送粉机构(3)和送丝机构(6)电连接，所述激光熔覆头(5)安装在机器人的机械手臂末端。


2.根据权利要求1所述的一种同步送丝送粉激光熔覆焊接系统，其特征在于：所述金属焊丝与加热电源电连接，通过电阻热预加热金属焊丝。


3.根据权利要求2所述的一种同步送丝送粉激光熔覆焊接系统，其特征在于：所述送丝管路(61)与激光熔覆头(5)安装在一起，且送丝管路(61)送丝端的中轴线与激光熔覆头(5)所输出激光束的中轴线之间呈30-40度角。


4.根据权利要求1所述的一种同步送丝送粉激光熔覆焊接系统，其特征在于：所述激光熔覆头(5)内设有激光镜组(51)、送粉通道(52)和激光输出通道(53)，激光经光纤进入激光熔覆头(5)后通过激光镜组(51)聚焦成束并通过激光输出通道(53)照射至基材(4)上形成光斑，所述激光熔覆头(5)的送粉通道(52)设有多个，呈环...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁栋，曹庆，翟迎迎，
申请(专利权)人：江苏斯普瑞科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32