[發(fā)明專利]激光光內(nèi)送絲熔覆方法與光內(nèi)送絲裝置

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710046020.2
• 申請(qǐng)日: 2007-09-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101386111A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-03-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 傅戈雁;石世宏;胡進(jìn);楊國(guó)家;韓學(xué)磊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州大學(xué)
• 主分類號(hào): B23K26/34
• 分類號(hào): B23K26/34;B23K26/42;B23K26/06;B23K26/14
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 吳澤群

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光加工領(lǐng)域，具體涉及一種激光熔覆成形制造工藝方法及實(shí)現(xiàn)該方法的裝置。

背景技術(shù)

在先進(jìn)激光加工成形制造技術(shù)中，有一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，即將激光和被熔材料同步傳輸至加工成形位置，并使金屬材料連續(xù)、準(zhǔn)確、均勻地投入到加工面上按預(yù)定軌跡作掃描運(yùn)動(dòng)的聚焦光斑內(nèi)，實(shí)現(xiàn)光料精確耦合。材料在光束內(nèi)進(jìn)行光能與熱能的轉(zhuǎn)換，瞬間熔化并形成熔池，完成材料的快速熔化凝固的冶金過(guò)程。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)行的送料方法大多數(shù)為同步送粉。最早的方法是激光束垂直照射，送粉管從一側(cè)傾斜旁置。旁置送粉姿態(tài)隨掃描方向而異，掃描方向?qū)呙栀|(zhì)量影響很大。比較先進(jìn)的送粉裝置有美國(guó)專利(US5961862)、歐洲專利(WO2005028151)等，其基本結(jié)構(gòu)均采用在激光束外圍均勻布置多路送粉噴頭的結(jié)構(gòu)方案，可稱之為“光外同軸送粉”。光外同軸送粉因各方向送粉姿態(tài)一致，消除了掃描方向性影響，但同時(shí)又帶來(lái)多路粉束很難匯聚于一點(diǎn)并與光束焦點(diǎn)重合的新問(wèn)題。

由粉末性質(zhì)決定送粉法熔覆存在一些不足，主要有送粉量和均勻性控制困難、粉末利用率低、發(fā)散在光束外的處于半熔狀態(tài)的粉末易粘附于成型零件表面，影響表面質(zhì)量等。相比之下，送絲熔覆可避開(kāi)送粉帶來(lái)的一些問(wèn)題。送絲熔覆具有容易實(shí)現(xiàn)精確控制，送料精度高；材料利用率高；無(wú)發(fā)散性；能量利用率高；對(duì)環(huán)境無(wú)污染；價(jià)格低廉等明顯優(yōu)點(diǎn)，公認(rèn)具有極大發(fā)展空間。但目前送絲熔覆工藝尚存在許多問(wèn)題未得到較好解決，尚不能像光外同軸送粉那樣實(shí)現(xiàn)多路包圍光束進(jìn)行多路同軸送絲。如附圖1所示，現(xiàn)有激光送絲熔覆或焊接方法中，由激光器發(fā)射的激光束11被聚焦鏡110聚焦成錐形光束12，送絲管和噴絲嘴13’只能相對(duì)錐形光束12傾斜一角度安裝，由噴絲嘴13’送出的絲材14只能被傾斜送入激光束，一般在加工前需調(diào)整絲材在光斑位置與光束相交(參考文獻(xiàn)：1、王至堯主編.中國(guó)材料工程大典第25卷.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006；2、左鐵釧主編.21世紀(jì)的先進(jìn)制造—激光技術(shù)與工程.北京，科學(xué)出版社，2007，5；3、Waheed?UI?Haq?Syed，Lin?Li.Effects?of?wire?feeding?direction?and?location?in?multiple?layer?diode?laserdirect?metal?depositi?on.Applied?Surface?Science，24?March?2005)。單側(cè)送絲帶來(lái)的最大缺陷，就是絲材是傾斜進(jìn)入熔池，所受到光束照射、熔池?zé)醾鲗?dǎo)和輻射的熱作用不對(duì)稱、不均勻。特別當(dāng)熔覆中不可避免地出現(xiàn)方向性變化，即加工中激光束相對(duì)加工面作不同方向的掃描運(yùn)動(dòng)時(shí)，光束和絲材相對(duì)掃描運(yùn)動(dòng)方向就有不同的方位和姿態(tài)，絲材的熔融和熔池的熱作用和力作用過(guò)程效果將發(fā)生變化，從而使凝固后的熔道尺寸、形貌、表面粗糙度等均會(huì)發(fā)生較大變化，甚至造成熔融過(guò)程的時(shí)斷時(shí)續(xù)。側(cè)送絲中對(duì)于普通單方向掃描的單層或多層熔覆堆焊不存在方向性影響，因其送進(jìn)方位角度不會(huì)改變，而對(duì)復(fù)雜型面堆焊特別是三維直接快速成型等工藝而言，由于掃描軌跡和方向在不斷變化，其影響就很突出，熔覆的連續(xù)性或熔道質(zhì)量都很難保證。此外，熔覆時(shí)絲材送入點(diǎn)必須在工件表面與光束焦點(diǎn)位置與之相交重合，其交點(diǎn)又應(yīng)限制在熔池表面上下一很小的區(qū)域內(nèi)，但如果加工中此交點(diǎn)相對(duì)加工表面(或熔池)上下有位置波動(dòng)和變化(難免，特別在多層堆積中)，絲材的熱作用又將發(fā)生變化，可能使絲材的熔化過(guò)程斷續(xù)進(jìn)行，絲材前段彎曲，光和絲斷續(xù)對(duì)準(zhǔn)和錯(cuò)位，這樣使熔覆過(guò)程的連續(xù)性和熔道質(zhì)量對(duì)焦點(diǎn)與加工面之間相對(duì)位置的微小變化都非常敏感。此外，激光熔覆過(guò)程常需要在熔池周圍輸送惰性保護(hù)氣體，以吹壓熔覆產(chǎn)生的熱焰、熔渣等，從而保護(hù)筒體內(nèi)腔鏡片不受污染，同時(shí)熔池不被氧化。在現(xiàn)有技術(shù)側(cè)向送絲裝置中，由于結(jié)構(gòu)限制，保護(hù)氣體也只能側(cè)向吹送，其對(duì)熔池的吹壓力不均勻，氣流紊亂，保護(hù)效果差。

發(fā)明內(nèi)容

需要一種新的送絲工藝方法及實(shí)現(xiàn)該方法的裝置，該方法能實(shí)現(xiàn)與光束同軸送絲，消除掃描方向性帶來(lái)的影響；不存在絲材匯聚難、與光束焦點(diǎn)重合難等問(wèn)題，對(duì)加工中焦點(diǎn)相對(duì)工件平面位置的波動(dòng)性等因素不敏感，工藝過(guò)程更穩(wěn)定；絲材被光束包圍，變側(cè)送絲中絲材單邊受熱為包圍均勻受熱，使其受熱、凝固均勻并更易熔化，能提高熔覆層的組織性能。