一种复合超高速激光熔覆装置及其熔覆方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种复合超高速激光熔覆装置及其熔覆方法，包括红外光光路、蓝光光路和用于喷射熔覆材料的送粉喷嘴；所述红外光光路将红外光激光器产生的红外光最终聚焦为圆形的红外光光斑；所述蓝光光路将蓝光激光器产生的蓝光最终聚焦为圆形的蓝光光斑；所述蓝光光斑距所述红外光光斑1

【技术实现步骤摘要】
一种复合超高速激光熔覆装置及其熔覆方法


[0001]本专利技术涉及激光增材
，特别涉及一种复合超高速激光熔覆装置及熔覆方法。

技术介绍

[0002]超高速激光熔覆是通过同步送粉添料方式，利用高能密度的束流使粉末材料与高速率运动的基体材料表面同时熔化，并快速凝固后形成稀释率极低，与基体呈冶金结合的熔覆层，极大提高熔覆速率，显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化等工艺特性的工艺方法，具有优质、高效、绿色等优势。
[0003]在现代工业中，许多零部件处于十分复杂的工况环境，往往对表面有特殊的性能需求，如高耐蚀、导热、导电等，需要在钢铁材料基体表面制备铜、铝等合金材料涂层，而这一类金属对红外波段激光的反射率高，能量利用率低，且超高速激光熔覆在基体表面形成的熔池较浅，单一波段的激光难以实现粉末与基体的同时熔化，从而导致涂层与基体无法有效结合。因此，设计一种双波段激光的复合超高速激光熔覆装置尤为必要。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种复合超高速激光熔覆装置及熔覆方法，目的在于解决异种材料难以同时熔化的问题，实现超高速激光熔覆涂层与基体有效结合。
[0005]本专利技术的技术方案为：
[0006]本专利技术提供了一种复合超高速激光熔覆装置，包括红外光光路、蓝光光路和用于喷射熔覆材料的送粉喷嘴；
[0007]所述红外光光路将红外光激光器产生的红外光最终聚焦为圆形的红外光光斑；
[0008]所述蓝光光路将蓝光激光器产生的蓝光最终聚焦为圆形的蓝光光斑；r/>[0009]所述蓝光光斑距所述红外光光斑1
‑
5mm，所述红外光光斑和所述蓝光光斑分别作用于不同的材料；
[0010]所述送粉喷嘴将熔覆材料喷至所述红外光光斑处或所述蓝光光斑处。
[0011]其中，所述红外光光路包括红外光激光器、红外光扩束准直镜、用于将实心红外光光束转变为环形光束的红外光圆锥镜和用于将环形光束反射成环锥形红外光光束的红外光环形聚焦镜，所述红外光激光器产生的激光沿红外光扩束准直镜、红外光圆锥镜、红外光环形聚焦镜依次传输后聚焦成为环锥形红外光光束，并最终在基材表面聚焦为圆形的红外光光斑；
[0012]所述蓝光光路包括蓝光激光器、蓝光扩束准直镜、蓝光第一反射镜、蓝光第二反射镜和蓝光球面聚焦镜，所述蓝光激光器产生的激光沿蓝光扩束准直镜、蓝光第一反射镜、蓝光第二反射镜和蓝光球面聚焦镜依次传输后聚焦成为锥形蓝光光束，并最终在基材上方聚焦为圆形的蓝光光斑；
[0013]所述送粉喷嘴为同轴环形送粉喷嘴，与所述环锥形红外光光束和锥形蓝光光束的
中轴线同轴，所述送粉喷嘴将熔覆材料喷至所述蓝光光斑处。
[0014]其中，所述红外光圆锥镜位于所述红外光扩束准直镜下方，并位于所述红外光环形聚焦镜的中心位置。
[0015]其中，所述红外光圆锥镜、所述蓝光第二反射镜、所述蓝光球面聚焦镜和所述红外光光斑成直线分布，所述蓝光第二反射镜和所述蓝光球面聚焦镜位于所述环锥形红外光光束内。
[0016]其中，所述蓝光光路包括蓝光激光器、蓝光扩束准直镜、用于将实心蓝光束转变为环形光束的蓝光圆锥镜和用于将环形光束反射成环锥形蓝光光束的蓝光环形聚焦镜，所述蓝光激光器产生的激光沿蓝光扩束准直镜、蓝光圆锥镜、蓝光环形聚焦镜依次传输后聚焦成为环锥形蓝光光束，并最终在基材表面聚焦为圆形的蓝光光斑；
[0017]所述红外光光路包括红外光激光器、红外光扩束准直镜、红外光第一反射镜、红外光第二反射镜和红外光球面聚焦镜，所述红外光激光器产生的激光沿红外光扩束准直镜、红外光第一反射镜、红外光第二反射镜和红外光球面聚焦镜依次传输后聚焦成为锥形红外光光束，并最终在基材上方聚焦为圆形的红外光光斑；
[0018]所述送粉喷嘴为同轴环形送粉喷嘴，与所述环锥形蓝光光束和锥形红外光光束的中轴线同轴，所述送粉喷嘴将熔覆材料喷至所述红光光斑处。
[0019]其中，所述蓝光圆锥镜位于所述蓝光扩束准直镜下方，并位于所述蓝光环形聚焦镜的中心位置。
[0020]其中，所述蓝光圆锥镜、所述红外光第二反射镜、所述红外光球面聚焦镜和所述蓝光斑成直线分布，所述红外光第二反射镜和所述红外光球面聚焦镜位于所述环锥形蓝光光束内。
[0021]一种采用上述复合超高速激光熔覆装置的熔覆方法，其特征在于包括下述步骤：
[0022](1)调节送粉装置的送粉喷嘴，使所述蓝光光斑位于所述送粉喷嘴的汇聚点处，同时所述红外光光斑位于基材表面，或者使所述红外光光斑位于所述喷嘴的汇聚点处，同时所述蓝光光斑位于所述基材表面；
[0023](2)设置基材移动速度，并开启移动；
[0024](3)开启红外光激光器、蓝光激光器和送粉装置，基材表面形成熔池，熔覆材料粉末同时熔化，并落入基材熔池，基材快速移动后冷却形成熔覆层。
[0025]其中，所述步骤(2)中基材的移动线速度为15～200m/min。
[0026]本专利技术提供的技术方案，与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0027]1.本专利技术有两种激光光源，并分成两路光路，两类激光分别作用于基材和熔覆材料不同类型的材料，有效解决了铜、铝等高反射材料对红外激光吸收率低的问题，实现异种材料同时熔化，涂层和基体有效结合。
[0028]2.本专利技术将粉末汇聚位置设置在基材上方，并与蓝光光斑或红外光光斑重合，粉末在空中即可吸收激光能量熔化，以液滴的形态进入基材熔池，极大减少了粉末熔化时间，可显著提高熔覆速度，实现超高速激光熔覆。
[0029]3.传统实心光束聚焦光斑内能量密度呈高斯分布，即中心位置能量密度高，周边能量密度低，容易导致熔池边缘熔化不充分。本专利技术将实心红外光光束或蓝光光束转变为环锥形光束，在基材表面聚焦为圆形光斑，加大了光斑周边的能量密度，使熔池熔化更加充
分，熔池形状更加均匀合理，有助于提高熔覆层质量。
附图说明
[0030]图1本专利技术实施例1和实施例3复合超高速激光熔覆装置的光路系统结构示意图；
[0031]图2为本专利技术实施例1和实施例3超高速激光熔覆的工作示意图；
[0032]图3为本专利技术实施例2复合超高速激光熔覆装置的光路系统结构示意图；
[0033]图4为实施例1中熔覆材料与基材结合区的金相图。
[0034]图中，1、红外光激光器；2、蓝光激光器；3、红外光扩束准直镜；4、蓝光扩束准直镜；5、红外光圆锥镜；6、红外光环形聚焦镜；7、蓝光第一反射镜；8、蓝光第二反射镜；9、蓝光球面聚焦镜；10、锥形蓝光光束；11、环锥形红外光光束；12、送粉喷嘴；13、粉末；14、熔池；15、基材，16、蓝光圆锥镜；17、蓝光环形聚焦镜；18、红外光第一反射镜；19、红外光第二反射镜；20、红外光球面聚焦镜，21、环锥形蓝光光束，22.锥形红外光光束
具体实施方式
[0035]下面将结合本专利技术具体实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合超高速激光熔覆装置，其特征在于：包括红外光光路、蓝光光路和用于喷射熔覆材料的送粉喷嘴；所述红外光光路将红外光激光器产生的红外光最终聚焦为圆形的红外光光斑；所述蓝光光路将蓝光激光器产生的蓝光最终聚焦为圆形的蓝光光斑；所述蓝光光斑距所述红外光光斑1
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5mm，所述红外光光斑和所述蓝光光斑分别作用于不同的材料；所述送粉喷嘴将熔覆材料喷至所述红外光光斑处或所述蓝光光斑处。2.根据权利要求1所述的一种复合超高速激光熔覆装置，其特征在于：所述红外光光路包括红外光激光器、红外光扩束准直镜、用于将实心红外光光束转变为环形光束的红外光圆锥镜和用于将环形光束反射成环锥形红外光光束的红外光环形聚焦镜，所述红外光激光器产生的激光沿红外光扩束准直镜、红外光圆锥镜、红外光环形聚焦镜依次传输后聚焦成为环锥形红外光光束，并最终在基材表面聚焦为圆形的红外光光斑；所述蓝光光路包括蓝光激光器、蓝光扩束准直镜、蓝光第一反射镜、蓝光第二反射镜和蓝光球面聚焦镜，所述蓝光激光器产生的激光沿蓝光扩束准直镜、蓝光第一反射镜、蓝光第二反射镜和蓝光球面聚焦镜依次传输后聚焦成为锥形蓝光光束，并最终在基材上方聚焦为圆形的蓝光光斑；所述送粉喷嘴为同轴环形送粉喷嘴，与所述环锥形红外光光束和锥形蓝光光束的中轴线同轴，所述送粉喷嘴将熔覆材料喷至所述蓝光光斑处。3.根据权利要求2所述的一种复合超高速激光熔覆装置，其特征在于：所述红外光圆锥镜位于所述红外光扩束准直镜下方，并位于所述红外光环形聚焦镜的中心位置。4.根据权利要求2所述的一种复合超高速激光熔覆装置，其特征在于：所述红外光圆锥镜、所述蓝光第二反射镜、所述蓝光球面聚焦镜和所述红外光光斑成直线分布，所述蓝光第二反射镜和所述蓝光球面聚焦镜位于所述环锥形红外光光束内。5.据权利要求1所述的一种复合超高速激光熔覆装置，其特征在于：所述蓝光光路包括蓝光激光器、蓝光扩...

【专利技术属性】
技术研发人员：王淼辉，杜博睿，葛学元，范斌，徐一斐，何冰，
申请(专利权)人：中机新材料研究院郑州有限公司，
类型：发明
国别省市：