[發明專利]用于在受控環境中進行激光熔覆的系統和方法

有效

• 申請號: 201710053246.9
• 申請日: 2017-01-22
• 公開（公告）號: CN107034459B
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: D·T·卡瓦納奧夫;D·索爾德萊特
• 申請（專利權）人: 卡特彼勒公司
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 蘇娟;王莉莉

一種激光熔覆系統包括激光設備、腔室和泵系統。激光設備配置成產生激光束。腔室包括內表面，該內表面限定包括密封容積的熔覆區域。腔室包括窗口，所述窗口由激光透明材料制成并且配置成允許激光束從中穿過進入熔覆區域中。泵系統具有與熔覆區域相連通的端口。泵系統配置成在熔覆區域內選擇性地產生真空壓力，該真空壓力足以將氣體從熔覆區域內穿過端口而排空。激光設備包括激光頭和機器人激光運動系統，激光束從激光頭發出，機器人激光運動系統配置成選擇性地移動激光頭，以使得激光束相對于腔室內的基準點移動。

技術領域

本發明大體上涉及用于激光熔覆的系統和方法，更具體地涉及用于在受控環境中進行激光熔覆的系統和方法。

背景技術

激光熔覆是一種材料沉積工藝，在該工藝中通過采用激光作為熱源，使適當的材料(比如粉末狀或絲狀金屬)沉積到基底上，以在沉積的材料和基底之間形成冶金結合。激光熔覆可以用作常規焊接和熱噴涂技術的替代物。

在一些情況下，激光熔覆可能容易有缺陷，比如過度氧化和孔隙度。這種情況發生的程度可能取決于所沉積的材料的類型。某些應用要求極高的質量(比如，覆層中僅能接受有限的孔隙度)。傳統上，局部的惰性保護氣體流被引導到沉積部位附近，以嘗試減少上述缺陷。然而，該方法可能難以控制。

日本專利JPS 54160535A的標題為“采用激光焊接進行金屬鏡坯材料的制造(Manufacture of Metal Mirror Blank by Laser Welding)”，其涉及在真空條件下，通過照射激光束使基板的焊接部分熔化，另外通過照射激光束使反射材料溶解，從而將反射材料焊接到基板上的金屬鏡坯材料的制造過程。將真空容器抽真空之后，來自激光發生器的第一激光束通過反射鏡被分開，然后由相應的冷凝器聚焦。反射材料由輸送機構分配在光束的聚焦點處。反射材料熔化，并掉落到基板的焊接部分上。第二激光束定位成使得其聚焦點由散焦設備稍微偏離基板上的點，使得焊接部分稍微熔化。因此，反射材料焊接到焊接部分，基板和反射材料因此形成合金，以形成高純度材料表面，作為上坯料表面。通過驅動裝置使基板移動，并使金屬鏡面坯料形成于基板上。

應當認識到，發明人已經創建了此背景描述，以幫助讀者，其不用作指示任何所指的問題是本領域了解的那些。在某些方面和實施例中，盡管所述的原理可以緩解其他系統中的固有問題，但應該認識到，受保護的創新內容的范圍由所附權利要求書限定，而不是由任何公開的特征能夠解決本文所述的任何具體問題。

發明內容

在實施例中，本發明描述了一種激光熔覆系統。該用于激光熔覆的系統包括激光設備、腔室和泵系統。

激光設備配置成生成激光束。腔室包括限定了腔室內熔覆區域的內表面。熔覆區域包括密封容積。腔室包括由激光透明材料制成的窗口，該窗口配置成允許激光束從中穿過進入熔覆區域。泵系統具有與熔覆區域相連通的端口。泵系統配置成在熔覆區域內選擇性地產生足以將氣體從熔覆區域內通過端口排空的真空壓力。激光設備包括激光頭和機器人激光運動系統。激光束從激光頭發射。機器人激光運動系統配置成選擇性地移動激光頭，使得激光束在腔室內相對于基準點移動。

在另一個實施例中，描述了一種用于激光熔覆的方法。將部件放置在腔室的內表面所限定出的熔覆區域內。熔覆區域包括密封容積。腔室包括由激光透明材料制成的窗口。

在熔覆區域內產生足以將氣體從中排空的真空壓力。熔覆材料沉積在部件上。

激光束被從腔室外部引導通過窗口，使得激光束將熔覆材料熔化在部件上。通過采用機器人激光運動系統，相對于部件沿掃描路徑移動激光束，以移動發出激光束的激光頭。允許熔覆材料固化，使得熔覆材料與部件結合。

通過以下詳細描述和附圖，將了解所公開的原理的進一步和替代方面以及特征。應該認識到，本文公開的用于激光熔覆的系統和方法能夠在其他和不同的實施例中實施，且能夠在各個方面進行修改。因此，應該理解，前面的一般描述和下面的詳細描述都僅僅是示例性的和說明性的，并不限制所附權利要求書的范圍。

附圖說明