一种结晶器激光再制造成套设备制造技术

一种结晶器激光再制造成套设备，属于激光焊接技术领域。包括包括激光器、数控加工机床、激光加工头、送粉器、整机控制系统和安全防护房，所述的激光器为全固态激光器，与机床上的激光加工头通过传输光纤连接。本实用新型专利技术采用全固态激光器对结晶器进行表面熔覆，可以产生更高功率的激光束，通过传输光纤与激光加工头连接，结构简单，适于铜合金对激光的吸收。本实用新型专利技术中的送粉器结构，使粉末从料筒出口依靠重力和气压作用落到送粉盘的环形沟槽内，均匀分布在环形沟槽内，载流气体通过吸粉嘴将粉末以流动的形式送出。粉末输送通过通气管连接密封箱的封闭式载气结构，且通气管通过减压阀连接高压惰性气体气瓶，这种压气式气力输送，利于粉末流动和混合。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于激光器应用
，特别是涉及一种结晶器激光再制造成套设备。
技术介绍
结晶器是炼钢中连铸钢的关键部件，连铸时钢水通过结晶器表面连续冷却而直接 铸出钢坯，结晶器的质量直接影响连铸坯表面质量、连铸机作业率和连铸坯成本及出钢吨 位等。高效连铸技术的发展对结晶器质量提出了更高的要求，高强度、高耐磨性、耐腐蚀性 和良好的导热性成为衡量结晶器质量的重要指标。目前，对结晶器表面处理常用的技术有 堆焊技术、熔接技术、电镀、化学镀、热喷涂、非金属镀技术、物理与化学气相沉积、化学热处 理、激光熔覆等。然而广泛应用的电镀、化学镀、热喷涂等表面处理方法虽然能提高结晶器 铜板的耐磨性，但由于制备的涂层与基体是机械结合，而不是冶金结合，在结晶器使用过程 中常会由于热疲劳镀层易于发生剥落起皮，引起结晶器铜板的报废和连铸停产；涂层存在 着疏松、气孔、夹杂等缺陷，显著影响涂层性能和使用寿命。近年来，出现了大功率0)2激光器在结晶器铜板表面进行激光熔覆工艺的研究；获 得的激光熔覆耐磨合金涂层为冶金结合，与电镀、热喷涂等涂层相比，具有结合强度高、熔 层组织细密均勻的特点。然而，目前结晶器激光熔覆的设备均采用大功率CO2激光器，该激 光器在金属对激光的吸收率和光束质量等方面与工业化高功率全固态激光器相比都存在 较大劣势。
技术实现思路
针对上述存在的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种结晶器激光再制造成套设 备，满足结晶器表面进行激光熔覆工艺的可实施性，同时获得的激光熔覆涂层满足结晶器 恶劣的工作环境，最终可以提高结晶器的性能和使用寿命。本专利技术采用的技术方案如下本专利技术包括激光器、数控加工机床、激光加工头、送粉器、整机控制系统和安全防 护房，所述的激光器为全固态激光器，与机床上的激光加工头通过传输光纤连接。所述的送粉器包括存储粉末的料筒、驱动机构、密封箱和置于密封箱的第一刮粉 块、第二刮粉块、送粉盘，驱动机构与送粉盘连接，第一刮粉块和第二刮粉块对称置于送粉 盘的同一端面上，通过密封箱盖固定压紧，密封箱上设有通气管，料筒出料口与第一刮粉 块的进料口配合，第二刮粉块的出粉口与送粉管连接，在送粉盘与两刮粉块相接触的端面 上开有环形沟槽，在工作时，密封箱内通入惰性气体；环形沟槽的宽度为5-10mm，深度为 0. 5-lmm。本专利技术的有益效果本专利技术采用全固态激光器对结晶器进行表面熔覆，可以产生更高功率的激光束， 通过传输光纤与激光加工头连接，结构简单，适于铜合金对激光的吸收。本专利技术中的送粉器结构，使粉末从料筒出口依靠重力和气压作用落到送粉盘的环形沟槽内，均勻分布在环形沟槽内，载流气体通过吸粉嘴将粉末以流动的形式送出。粉末的 输送量由环形槽形状、尺寸和送粉盘的转速控制。粉末输送通过通气管连接密封箱的封闭 式载气结构，且通气管的通气方式采用压气式气力输送，利于粉末流动和混合。本专利技术根据结晶器的机械性能、失效情况和铜合金表面激光熔覆的特点而设计， 在结晶器表层获得耐磨、耐冲蚀的冶金结合熔覆层。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。图2为图1中激光器的结构示意图。图3为图1中激光头的结构示意图。图4为图1中送粉器的结构示意图。图5为结晶器合金的涂层结构示意图。图中1、谐振腔；2、放大单元；3、激光束；4、X轴执行机构；5、Y轴执行机构；6、龙 门立柱；7、Z轴执行机构；8、激光加工头；9、结晶器；10、背板；11、送粉器；12、送粉管；13、 安全防护房；14、电控柜；15、工作台；16、龙门横梁；17、水冷机；18、传输光纤；19、激光器； 20、整机控制台；21、数控操作台；22、光纤连接器；23、激光准直单元；24、激光聚焦单元； 25、送粉头；26、料筒；27、第一刮粉块；28、送粉盘；29、密封箱，30、耦合器，31、第二刮粉块； 32、合金涂层；33、环形沟槽，34、通气管。具体实施方式以下结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。实施例1 如图1所示，本专利技术包括激光器19、数控加工机床、激光加工头8、送粉 器11、整机控制系统和安全防护房，所述的激光器19为全固态激光器，与机床上的激光加 工头8通过传输光纤18连接，工作时，结晶器9安装在机床上激光加工头的下方。送粉器11的工作情况直接决定粉末流量的稳定性与均勻性，从而影响金属功能 零件成形的全过程。如图4所示，本例所述的送粉器11包括存储粉末的料筒沈、驱动机构、 密封箱四和置于密封箱四的第一刮粉块27、第二刮粉块31、送粉盘观，驱动机构由电机 减速机组成，其驱动电机通过减速机与送粉盘观连接，第一刮粉块27和第二刮粉块31对 称置于送粉盘观的同一端面上，通过密封箱盖固定压紧，密封箱四上设有通气管34，料筒 26出料口与第一刮粉块27的进料口配合，确保粉末出口精确定位，并流入刮粉块的锥形内 腔，第二刮粉块31的出粉口与送粉管12连接，在送粉盘观与两刮粉块相接触的端面上开 有环形沟槽33，所述环形沟槽33的宽度为5-10mm、深度为0. 5_lmm，本例宽度为5mm，深度 为1mm。在工作时，密封箱四内通入惰性气体，本例通入氩气。其中两刮粉块的材料均采用 尼龙制品。由驱动电机通过减速机带动送粉盘28转动，粉末从料筒沈的出口依靠重力和 气压作用落到送粉盘观的环形沟槽33内，均勻分布在环形沟槽33内，载流气体通过吸粉 嘴将粉末以流动的形式送出。粉末的输送量由环形槽形状、尺寸和送粉盘的转速控制。其 中，通气管34通过减压阀连接到高压惰性气体气瓶，使密封箱四内产生0. 2^0. 4MPa的压 力，实现气动送粉效果。如图2所示，为本专利技术采用的全固态激光器，该激光器采用的半导体泵浦的Nd YAG激光器。激光器采用六个单元模块，其中四个单元模块用于激光谐振，组成谐振腔1， 两个单元模块用于一次激光放大，组成放大单元2。半导体采用环形阵列的形式对晶体 棒进行泵浦。晶体棒的直径为Φ8-Φ12πιπι，长度为18-22mm，激光晶体中Nd+掺杂浓度为 1. 2%-1. 4% ο本例采用的数控加工机床、激光加工头均为外购件，其中数控加工机床为动横梁 式龙门机床，选配专用CAD/CAM自动编程、排料套料软件，计算机通过CNC系统可直接通讯。 机床配有废料收集装置，方便收集较小工件或废料。床身配有分段除尘装置，激光熔覆过程 中产生的气体、烟尘可有效排出，使工作环境得到有效改善。如图1所示，工作台上的背板 10可防止板料移动，保证零件加工精度。X轴、Y轴和Z轴执行器4、5、7在三个方向运动的 范围能够满足宽板和窄板结晶器的加工要求。数控加工机床最大定位速度> 20m/min，定位 精度彡士0. 05mm/m，重复定位精度彡0. 01_。如图3所示，激光加工头8包括送粉头25、激光准直单元23和激光聚焦单元对，激 光准直单元通过光纤连接器22连接到全固态激光器19输出的传输光纤18，用于实现激光 熔覆所需光束的汇聚，激光聚焦单元M端连接送粉头25，所述送粉头25与激光束3同轴。 其中为使粉末汇聚程度高，粉末利用率高、制造精度高，本例所述的送粉头25采用专利号 为ZL200820014633. 8的一种三维同轴激光送粉头。激光准直单元23和激光聚焦单元M 均为通用型零部件，购置依据为准直单元和聚焦单元最大可承受本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种结晶器激光再制造成套设备，包括激光器、数控加工机床、激光加工头、送粉器、整机控制系统和安全防护房，其特征在于：所述的激光器为全固态激光器，与机床上的激光加工头通过传输光纤连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张翼飞，邢飞，徐国建，罗勇，陈昭，
申请(专利权)人：杭州中科新松光电有限公司，
类型：实用新型
国别省市：86[中国|杭州]