一种高效率矩形光斑激光熔覆方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111455378A(43)申请公布日2020.07.28(21)申请号202010426570.2(22)申请日2020.05.19(71)申请人亚琛联合科技（天津）有限公司地址300457天津市滨海新区天津开发区第九大街80号丰华园厂房二期4号厂房(72)发明人黄怡晨王威陶汪王树良洪臣(74)专利代理机构哈尔滨市松花江专利商标事务所23109代理人李红媛(51)Int.Cl.C23C24/10(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图4页(54)发明名称一种高效率矩形光斑激光熔覆方法(57)摘要一种高效率矩形光斑激光熔覆方法，涉及一种激光熔覆方法。本发明是要解决现有的高速激光熔覆技术的熔覆效率不高的技术问题。本发明的方法使得粉末在激光辐照区域内停留足够的时间，使其以熔化或半熔化状态进入熔池，激光的大部分能量用于熔化粉末，少部分能量用于在工件表面形成熔池，这一原理与高速激光熔覆有所区别，高速激光熔覆是令粉末焦点与激光焦点在工件上方附近汇聚，利用焦点处的高能量激光令粉末快速熔化，而本发明由于采用矩形光斑，技术路线采用的是长时间累积照射的方式令粉末熔化，过程更加温和，且熔覆效率很高。本发明应用于激光熔覆领域中。CN111455378ACN111455378A权利要求书1/1页1.一种高效率矩形光斑激光熔覆方法，其特征在于高效率矩形光斑激光熔覆方法是按以下步骤进行的：提高粉末在激光辐照区停留的时间；激光采用矩形光斑，两股粉末分别由一个矩形送粉喷嘴的两个出口喷出，两个矩形送粉喷嘴的出口对称布置在矩形光斑两个较长边的外侧，且矩形送粉喷嘴出口的较长边与矩形光斑的较长边平行，矩形送粉喷嘴出口的较长边的中线与矩形光斑的较长边的中线重合；送粉喷嘴与激光枪头集成为一体；激光头的移动方向与工件的轴向方向平行，激光熔覆时光斑的较长边与工件的轴向方向夹角为0°～5°；所述的工件为轴对称结构的旋转体；激光熔覆时激光枪头在工件的正上方，激光光斑在工件表面处的较短边的长度为0.2mm～1mm，在工件表面处较长边的长度为3mm～20mm，且在工件表面处光斑的面积为3mm2～20mm2；矩形送粉喷嘴出口处的粉斑较长边的长度比工件表面处的激光光斑较长边的长度小0～4mm；粉末粒径为25μm～75μm，每分钟的送粉量为6cm3～40cm3；熔覆线速度为3m/min～25m/min；两道熔覆层间的搭接率为50％～80％；所述的提高粉末在激光辐照区停留的时间是通过以下两种方式中的一种或两种方式同时进行来实现的：方式一：提高粉末在激光辐照区内运行的轨迹长度，从而使得粉末在激光辐照区停留的时间增长，具体方式为通过调节激光保护气的速度与载粉气的速度使粉末束流呈弧线，并使粉末在熔池上方1mm～2mm区域即熔化或半熔化，所述的载粉气的速度为0.8m/s～15m/s，激光保护气的速度为3m/s～20m/s；方式二：降低粉末出射的速度，从而降低粉末在激光辐照区内运行的速度，从而使得粉末在激光辐照区停留的时间增长，粉末出射的速度为0.5m/s～10m/s。2.根据权利要求1所述的一种高效率矩形光斑激光熔覆方法，其特征在于所述的载粉气为氩气。3.根据权利要求1所述的一种高效率矩形光斑激光熔覆方法，其特征在于所述的激光保护气为氩气。4.根据权利要求1所述的一种高效率矩形光斑激光熔覆方法，其特征在于所述的工件为圆柱体。5.根据权利要求1所述的一种高效率矩形光斑激光熔覆方法，其特征在于粉末出射的速度为5m/s。2CN111455378A说明书1/4页一种高效率矩形光斑激光熔覆方法技术领域[0001]本发明涉及一种激光熔覆方法。背景技术[0002]高速激光熔覆技术是近年来出现的新型激光熔覆技术，其特点在于金属粉末在基体上方某一距离与激光焦点汇聚，从而使金属粉末以熔化或半熔化状态落入熔池，并伴随基体的高线速度移动(25m/min至200m/min)，从而形成厚度在20μm～1mm左右的熔覆层。该技术所采用的送粉方式多为环形送粉，即粉末自送粉喷嘴射出后逐渐汇聚成直径约1-2mm的圆形汇聚粉斑。激光焦点也同样为圆形光斑。该技术方案的熔覆效率在实际工业使用的要求中通常最高为1.5m2/h。相比于常规的宽光斑重力送粉激光熔覆0.6m2/h的效率已经实现倍增，但由于该技术需要汇聚成1-2mm直径的粉斑，以铁基粉末为例，这一大小的粉斑浓度密度最大可承载的送粉量仅能达到80g/min，很难进一步提高。在送粉量限制的情况下，如果想进一步提高熔覆效率，则会导致熔覆层厚度难以满足工业需求。而如果单纯通过提高粉斑及光斑大小的方式，由于光斑能量密度会随着光斑直径增大以二次方速度降低，这将导致激光器所需功率的成倍增加，在提高成本的同时也会带