【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种宽束斑高通量增材制造及熔覆装置及其工作方法，属于材料表面工程。
技术介绍
1、随着资源开发不断向着深海、深地、深空迈进，对大型工程设备在极端环境工作的安全性及关键部件的服役寿命提出更高的要求，开发工件表面的高效防护技术，同时以最快的速度开发出合适的防护材料，是提升大型工程设备性能的有效途径。
2、目前已经有大量的技术报到和工程化应用，专利公布号cn111926324a公布了一种集成式宽光斑深孔激光熔覆头，提出一种集成式宽光斑深孔激光熔覆头，通过创新设置上下风刀结构，有效保护了激光熔覆头，提高了熔覆效率，通过创新设置摄像功能，能够实时观测熔池、铺粉状态、熔覆面质量，使得操作者可以实时发现熔覆质量问题。专利公布号cn111254432a公布了一种全水冷高功率内孔宽带熔覆头，其激光反射镜模块组件用于将穿过通光管组件的平行光呈直角反射，且由圆光斑转变成宽光斑，送粉嘴组件可将金属粉末一路分成多路与宽光斑汇聚到一点，有效地解决了传统激光头无法满足内孔修复的要求，且加工效率效益低的问题。专利公布号cn111577928a公布了一种基于高速激光熔覆技术的高耐磨球阀及其制备方法，利用高速激光熔覆技术在球阀表面先做一层过渡层，在过渡层基础上再精准熔覆一层特定的高硬度合金粉末，再经宽光斑激光扫描重熔，提高表面质量，解决了传统激光熔覆制作高耐磨合金层需预热，以及易产生裂纹等缺陷的问题。专利公布号cn111593340a公布了一种液压支架油缸内壁激光熔覆方法，采用宽光斑旁轴宽带送粉激光熔覆设备进行激光熔覆并形成熔覆层，兼顾了
3、与此同时，在高通量技术方面，专利公布号cn114713845a公布了一种金属高通量样品的激光快速成形制备方法，属于高能束快速成形制备材料
，提供的方法通过设备升级、软件程序更新，实现多路送粉筒的全程序控制，将高通量材料设计的工艺参数和/或材料成分作为变量写入单个样品的路径程序中，再通过编写代码确定每个样品的位置并利用代码依次运行每个样品的路径程序，即可通过运行一个程序文件来全流程、全自动控制激光快速成形过程，满足一次性完成大批量样品的高通量材料制备要求，实现合金成分配比的快速筛选，材料制备工艺参数的快速优化。专利公布号cn109971929a公开了一种高通量材料制备及性能表征系统，公开的高通量材料制备及性能表征系统，与现有技术相比，该申请提供的高通量材料制备及性能表征系统，相较于现有技术而言，其能够同时克服加温后工件转移速度不稳定、工件温度不可控的弊端，提高试验的准确性。专利公布号cn109207995a公布了一种高通量耐磨蚀材料等离子熔覆制备系统及其实现方法，包括自上而下设置的多个料筒、第一送粉机构、至少一个搅拌罐、一个储粉罐、一套第二送粉机构和一个等离子发生器，要求每个料筒对应一套第一送粉机构，实施时，将所需的粉末置入各个料筒中，通过调节每个料筒送粉机构的伺服电机速度，使得每个料筒中的料粉按照设计的比例落入到下面的一个搅拌筒中，粉料被搅拌混匀后被送至储粉罐等待等离子熔覆；该专利技术可以一次直接在同一种金属基体上制备多种配方、不同工艺的耐磨蚀涂层或者梯度材料，减少了实验误差。专利公布号cn108330456a公布了一种高通量材料制备的装置及其应用，按不同比例磁控溅射沉积，制备出一系列的新材料，并且可以实现持续的高通量生产，极大的方便了新材料的研发以及材料基因组材料库建库。专利公布号cn105891243a公布了二维连续成分样品、其制备方法及其在相图高通量快速测定中的应用，该专利技术二维连续成分样品为一个等边三角型薄片，其成分分布与等边三角形表示的三元相图的成分分布一致，该二维连续成分样品，可以通过固相反应法、3d打印法以及泥浆或悬浊液混合法这三种方法制备，并通过适当温度退火或淬火以满足相图测定及材料筛选的应用。该专利技术能够大幅提高单次合成的不同成分样品的数量，为高通量材料筛选及三元相图快速测定提供更大通量的样品支持。
4、以上专利技术在不同程度上提高了增材制造及熔覆的效率，材料成分及工艺的优化效率，但是尚未集成宽束斑激光增材制造及熔覆、高通量优化、精确控制成分等功能于一体的装置及技术报道，这对极端环境工作的大型件的高效率防护，材料成分的匹配设计，造成严重制约。
技术实现思路
1、针对大量工作在烧蚀、磨蚀、高温、低温环境的大型件，需要高效率地进行防护，且有针对性地进行设计防护材料，本专利技术提出一种宽束斑高通量增材制造及熔覆装置及其工作方法，具体地讲该系统具有宽束斑激光增材制造及熔覆、高通量优化、精确控制成分等功能，既可以对大型工件以光斑宽度为20-40mm的激光束高效率地进行增材制造及熔覆，获得冶金结合的单层或者多层增材制造及熔覆层，又可以通过连续地界跃式地精确调控成分，获得成分不同的高通量样品阵列，通过对比成分和性能之间的关系，实现成分的快速优化和筛选。为极端环境工作的大型件提供合适的成分和高效率的防护技术。
2、为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一方面，本专利技术提供一种宽束斑高通量增材制造及熔覆装置，包括宽束斑熔覆头、高通量送粉系统和机械运动系统，宽束斑熔覆头通过法兰安装板固定于机械运动系统上，高通量送粉系统用于调节送出的粉末质量，包括送粉罐a和送料罐b；
4、所述宽束斑熔覆头包括激光整形结构及同步送粉的气粉混合通路结构，所述激光整形结构包括准直镜片、doe衍射光学元本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种宽束斑高通量增材制造及熔覆装置，其特征在于，包括宽束斑熔覆头、高通量送粉系统和机械运动系统，宽束斑熔覆头通过法兰安装板固定于机械运动系统上，高通量送粉系统用于调节送出的粉末质量，包括送粉罐A和送料罐B；
2.根据权利要求1所述的宽束斑高通量增材制造及熔覆装置，其特征在于，所述喷嘴两侧均设置有送粉槽，粉末经由送粉槽喷出，送粉槽的出口为矩形送粉出口，并将矩形送粉出口分割成7个及以上小矩形孔，光斑宽度为20-40mm。
3.根据权利要求2所述的宽束斑高通量增材制造及熔覆装置，其特征在于，所述高通量送粉系统还包括送粉电机和送粉转盘，送粉电机安装在高通量送粉系统的机柜内部，送粉电机的输出轴与送粉转盘相连接，送粉电机的转速决定送粉转盘的转速，用于控制单位时间内落入送粉转盘的粉末质量。
4.根据权利要求3所述的宽束斑高通量增材制造及熔覆装置，其特征在于，送粉气的气压通过外部供气装置上的气体减压阀调节，气体流量通过高通量送粉系统的机柜上的气体流量计调节。
5.根据权利要求4所述的宽束斑高通量增材制造及熔覆装置，其特征在于，送粉罐的数量至少两
6.一种权利要求5所述的宽束斑高通量增材制造及熔覆装置的工作方法，其特征在于，当外部光纤接入光纤接口输入激光，从外部光纤传出的发散光束从光纤接口进入，变为平行光，然后经过DOE衍射光学元件，光束由圆形光斑被整形为矩形光斑，最后经过聚集镜片和保护镜片，光束向喷嘴出口处聚集，在喷嘴出口处获得矩形宽束斑，此时调节焦点调节套筒，使激光焦点和两侧的粉末汇聚点相匹配，两侧的粉末由于是从两排小矩形孔喷出，实为两条汇聚线，使得激光焦点处于粉末汇聚点上下2mm处，喷出以后的粉末被同时送入激光宽束斑中，在进入宽束斑的一刻就开始被加热熔化，然后部分熔化粉末相互交汇混合，在到达工件之前已经被充分熔合熔化。
7.根据权利要求6所述的宽束斑高通量增材制造及熔覆装置的工作方法，其特征在于，当送粉气的气压和流量一定时，调节送粉电机的转速能够精确控制送出的粉末质量；，若固定送粉气的气压和送粉电机的转速，通过调节送粉气的流量也能够精确控制送出的粉末质量。
8.根据权利要求7所述的宽束斑高通量增材制造及熔覆装置的工作方法，其特征在于，工作时，送粉罐A送出的粉末质量保持不变，即送入熔池的粉末配比不变，从喷嘴一侧送粉槽的小矩形孔喷出，送粉罐B送出的粉末质量连续或者界跃式变化，即改变送入熔池的粉末配比，从喷嘴另一侧送粉槽的小矩形孔喷出，送粉罐B送出的粉末质量的变化与工件配合，两侧喷出的粉末共同汇聚于宽束斑中，增材熔覆之后形成的20-40mm的增材制造带或熔覆带，其成分呈连续变化或者阶梯变化，实现高通量送粉。
...【技术特征摘要】
1.一种宽束斑高通量增材制造及熔覆装置，其特征在于，包括宽束斑熔覆头、高通量送粉系统和机械运动系统，宽束斑熔覆头通过法兰安装板固定于机械运动系统上，高通量送粉系统用于调节送出的粉末质量，包括送粉罐a和送料罐b；
2.根据权利要求1所述的宽束斑高通量增材制造及熔覆装置，其特征在于，所述喷嘴两侧均设置有送粉槽，粉末经由送粉槽喷出，送粉槽的出口为矩形送粉出口，并将矩形送粉出口分割成7个及以上小矩形孔，光斑宽度为20-40mm。
3.根据权利要求2所述的宽束斑高通量增材制造及熔覆装置，其特征在于，所述高通量送粉系统还包括送粉电机和送粉转盘，送粉电机安装在高通量送粉系统的机柜内部，送粉电机的输出轴与送粉转盘相连接，送粉电机的转速决定送粉转盘的转速，用于控制单位时间内落入送粉转盘的粉末质量。
4.根据权利要求3所述的宽束斑高通量增材制造及熔覆装置，其特征在于，送粉气的气压通过外部供气装置上的气体减压阀调节，气体流量通过高通量送粉系统的机柜上的气体流量计调节。
5.根据权利要求4所述的宽束斑高通量增材制造及熔覆装置，其特征在于，送粉罐的数量至少两个，其中送粉罐a装有单一组分或者混组分a，送料罐b装有另外的单一组分或者混组分b，送粉罐a和送料罐b的粉体分别对应宽束斑喷嘴两侧的两排送粉槽，经由各自的粉末管路、粉末通道到达喷嘴出口。
6.一种权利要求5所述的宽束斑高通量增材制造及熔覆装置的工...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。