CN203096172U

CN203096172U - 光纤激光熔覆设备

Info

Publication number: CN203096172U
Application number: CN 201220730317
Authority: CN
Inventors: 张岩; 赵琳; 王潇; 张斌; 赵子强; 张欢; 彭静; 裴悦凯; 张瑞华
Original assignee: New Metallurgy Hi Tech Group Co Ltd; China Iron and Steel Research Institute Group
Current assignee: Beijing Gangyan Xinye Engineering Design Co Ltd
Priority date: 2012-12-26
Filing date: 2012-12-26
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2022-12-26

Abstract

本实用新型提供了一种光纤激光熔覆设备，所述光纤激光熔覆设备包括光纤激光器作为激光光源。根据本实用新型的光纤激光熔覆设备的电光转换效率高并且金属对激光吸收率高。

Description

光纤激光熔覆设备

技术领域

本申请涉及一种激光熔覆设备，更具体地讲，本申请涉及一种光纤激光熔覆设备。

背景技术

激光熔覆技术是指以不同的添料方式在基体表面上放置粉末，经激光辐照使之与基体表面一薄层同时熔化，经快速凝固后形成稀释度极低、与基体材料成冶金结合的表面涂层，从而显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性等的工艺方法。

与堆焊、热喷涂、电镀等传统表面处理技术相比，激光熔覆技术具有诸多优点，如适用的材料体系广泛，熔覆层稀释率可控，熔覆层与基体为冶金结合，基体热变形小，厚度一般在0.1mm到几厘米，工艺易于实现自动化和轮廓准确修复等。

早在70年代末，美国AVCO公司针对汽车发动机的许多易磨损件进行了激光熔覆技术的研究，而后英国的Rolls-Royco公司用激光熔覆技术解决了燃气轮机叶片的磨损问题，其它应用示例如内燃机的气阀密封面和阀座圈的激光熔覆，大型设备轴类部件的激光熔覆等。激光熔覆技术在汽车业、航空业、电力行业、钢铁行业等高附加值零部件和设备的修复再制造方面发挥了极大的优势。

目前成熟的激光熔覆设备主要有两类：一类是采用CO₂激光熔覆设备；另一类是采用Nd:YAG激光熔覆设备。CO₂激光熔覆设备体积庞大，电光转换效率低，而且CO₂激光的波长较长，金属对CO₂激光吸收率低，电、气消耗的运行成本高，维护费用较高。另一方面，国内的Nd:YAG激光熔覆设备主要是采用闪光灯泵浦的Nd:YAG固体激光器，灯泵固体激光器有一些不可避免的缺点：泵浦光的转换效率低、晶体热效应严重、闪光灯需经常更换、光束质量较差，维护操作费用非常高。

实用新型内容

为了解决现有技术中的上述问题，本实用新型提供了一种光纤激光熔覆设备，所述光纤激光熔覆设备包括光纤激光器作为激光光源。

根据本实用新型的实施例，所述光纤激光熔覆设备还包括：工业机器人，对待处理的工件进行熔覆处理；熔覆射出头，夹持在工业机器人的头部；送粉喷嘴，作为保护气体与合金粉末的输出端安装在熔覆射出头上。

所述光纤激光熔覆设备还可以包括光纤激光器的水冷机组。

所述光纤激光熔覆设备还可以包括送粉器，所述送粉器采用气动式送粉，用来提供熔覆用的合金粉末。

所述光纤激光熔覆设备还可以包括机器人控制台。

所述熔覆射出头内可以设置有光束整形装置。

根据本实用新型的光纤激光熔覆设备的电光转换效率高并且金属对激光吸收率高。

附图说明

通过下面结合附图来描述本实用新型的实施例，本实用新型的特征和优点将会更加清楚，在附图中：

图1是根据本实用新型的实施例的光纤激光熔覆设备的示意图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图来详细描述本实用新型的光纤激光熔覆设备。

图1是根据本实用新型实施例的光纤激光熔覆设备的示意图。参照图1，根据本实用新型的光纤激光熔覆设备采用光纤激光器作为激光光源。光纤激光器有如下优点：（1）由于光纤激光波长比CO₂激光波长短一个数量级，金属材料对光纤激光有更高的吸收率；(2)光纤激光光束质量好，输出光斑近似高斯分布；（3）光纤激光熔覆过程中无光致等离子体屏蔽现象，因此可使用价格低廉的氩气作为熔覆保护气体；（4）光纤激光器电光转换效率高，因此光纤激光熔覆设备运行成本远低于Nd:YAG激光和CO₂激光熔覆设备；（5）结构紧凑、体积小、可移动、更耐久，维护成本低。

根据本实用新型的光纤激光熔覆设备包括：光纤激光光源1，光纤激光光源1输出的光束可以为连续模式或脉冲模式；工业机器人3，作为熔覆工艺的执行装置，按照程序设定路径以一定的速度对待处理的工件进行熔覆处理；熔覆射出头5，夹持在工业机器人3的头部，熔覆射出头5的内部安装有光束整形装置，通过积分镜将激光束由圆形聚焦光斑调整为矩形均匀光斑，实现激光能量利用的最大化；送粉喷嘴6，作为保护气体与合金粉末的输出端以一定角度安装在熔覆射出头5上，以旁轴送粉的形式在熔覆工作时输送保护气体和合金粉末，保证送粉喷嘴6喷出的粉末落入激光束的作用区域中，以形成粉末熔池，实现熔覆层和基体的冶金结合，可实现三维调节送粉角度和光斑的距离。

另外，为了冷却光纤激光光源1，根据本实用新型的光纤激光熔覆设备还可以包括连接到光纤激光光源1的水冷机组2。

根据本实用新型的光纤激光熔覆设备还包括机器人控制台4。机器人控制台4作为光纤激光熔覆设备的总控制台，可以设定熔覆工艺的各种参数，控制光纤激光熔覆设备按照程序设定的流程进行熔覆处理，并且可以搭载其它熔覆辅助设备。

根据本实用新型的光纤激光熔覆设备还可以包括送粉器7，送粉器7采用气动式送粉，用来提供熔覆用的合金粉末。另外，根据本实用新型的光纤激光熔覆设备以同向氩气作为载体，将粉末束汇聚在气帘中，通过控制气流量来调节送粉量，精度和稳定性高，设备灵活性好。

送粉喷嘴6可进行三维空间调节，实现送粉喷嘴到待处理工件表面的角度调节和距离调节。气流量的主要作用是为调整输入熔池的粉末量，送粉喷嘴相对于激光的位置是固定的，保证熔覆工作气体和合金粉末共同作用于待加工区域。

此外，根据本实用新型的光纤激光熔覆设备还可以包括熔覆机床8，用来装卡待处理的工件，可以夹持复杂形状的工件并进行运动，适用于二维或三维熔覆作业要求。

本实用新型的光纤激光熔覆设备使用工业机器人作为执行机构，以光纤作为激光束传导介质，实现了加工柔性化和自动化，可对复杂形状的部件实施精确修复。另外，机器人控制柜作为总控制台，外接送粉器控制信号作为送粉器的开关控制端。

本实用新型的光纤激光熔覆设备的主控系统通过触摸屏实现对熔覆设备的整体控制，方便用户操作执行和设定熔覆工艺参数。可设置的参数包括：激光功率、光斑尺寸、扫描速度、送粉气体流量、保护气体流量、行进轨迹等。行进轨迹指机器人根据工件形状行进的空间轨迹，通过程序编写来完成。

根据本实用新型的光纤激光熔覆设备，激光束由激光熔覆射出头，经内置光束整形装置调整为宽斑均匀光束后垂直入射到待加工部位，送粉系统以一定流速和角度将保护气体及合金粉末经侧吹喷嘴送至熔池，通过激光加热使粉末和基材实现冶金结合，形成不同于基材的高性能合金层。

根据本实用新型的光纤激光熔覆设备具有较高的柔性加工能力和电光转换效率，综合性能优于传统的热喷涂、堆焊设备和其他激光熔覆设备。

本实用新型的具体示例如下：配置一台激光功率4000W的光纤激光器，采用芯径为400μm的光纤传输，将待加工工件放置于熔覆机床并固定。

首先依据工件外形设计并优化机器人行进路径，保持激光束的垂直入射；选择激光功率、扫描速度、送粉量等工艺参数，调节激光束形状为10×1mm的矩形光斑，采用激光功率3000W，扫描速度0.6m/min，采用多道多层熔覆方式。

在机器人控制台的人机界面上设定设备参数后，编写熔覆设备运行程序并校验，保存。熔覆开始后机器人执行预定程序完成熔覆作业，在45号钢材基体上熔覆钴基合金，硬化层厚度在2.5-3.0mm。

根据本实用新型的光纤激光熔覆设备具有以下优点：（1）电光转换效率高；（2）金属对激光吸收率高；（3）稀释率水平可控；（4）减小热变形和热影响区范围的局部加热；（5）熔覆形状在一定范围内可控；（6）表面光洁性好；（7）维护和操作费用低；（8）设备轻巧紧凑，便于移动；（9）易于实现自动化。

以上实施例示例性地示出了本实用新型的光纤激光熔覆设备，但是本实用新型的范围不限于此，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种光纤激光熔覆设备，其特征在于所述光纤激光熔覆设备包括光纤激光器作为激光光源。

2.根据权利要求1所述的光纤激光熔覆设备，其特征在于所述光纤激光熔覆设备还包括：

工业机器人，对待处理的工件进行熔覆处理；

熔覆射出头，夹持在工业机器人的头部；

送粉喷嘴，作为保护气体与合金粉末的输出端安装在熔覆射出头上。

3.根据权利要求2所述的光纤激光熔覆设备，其特征在于所述光纤激光熔覆设备还包括光纤激光器的水冷机组。

4.根据权利要求2所述的光纤激光熔覆设备，其特征在于所述光纤激光熔覆设备还包括送粉器，所述送粉器采用气动式送粉，用来提供熔覆用的合金粉末。

5.根据权利要求2所述的光纤激光熔覆设备，其特征在于所述光纤激光熔覆设备还包括机器人控制台。

6.根据权利要求2所述的光纤激光熔覆设备，其特征在于所述熔覆射出头内设置有光束整形装置。