[發明專利]一種具有基體預熱、氬氣保護和鍛打功能的激光熔覆系統

有效

• 申請號: 201811185632.4
• 申請日: 2018-10-11
• 公開（公告）號: CN109183026B
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 柴蓉霞;張亞普;郭衛;郭博洋
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;C21D10/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

一種具有基體預熱、氬氣保護和鍛打功能的激光熔覆系統，包括底板；底板上安裝有鍛打機構、X方向伺服工作臺和Z方向伺服工作臺，X方向伺服工作臺上安裝有Y方向伺服工作臺，Y方向伺服工作臺與X方向伺服工作臺垂直設置，Y方向伺服工作臺上安裝有無蓋長方體容器，無蓋長方體容器連接有惰性氣體保護機構，無蓋長方體容器上設置有基體預熱機構，Z方向伺服工作臺上安裝有激光頭。本發明的熔覆系統可以對基體材料進行預熱，激光熔覆過后的能量余熱通過鍛打機構進行鍛造，可在激光熔覆合金層表面產生塑性變形，裂紋數量與裂紋寬度明顯減少，部分裂紋得到愈合，形成組織比較致密的熔覆層，達到材料激光熔覆再制造之后的質量高、成型率高的目的。

技術領域

本發明屬于激光加工技術領域，尤其涉及到一種具有基體預熱、氬氣保護和鍛打功能的激光熔覆系統。

背景技術

激光熔覆亦稱激光包覆或激光熔敷，是一種新的表面改性技術。它通過在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之與基材表面薄層一起熔融凝固的方法，在基層表面形成與其為冶金結合的添料熔覆層。現有的激光熔覆裝置在熔覆過程中主要存在如下不足：

基體材料如銅、鋁、銅合金及其鋁合金，由于其具有高熱導率、導熱性好、散熱較快等特點，當進行激光熔覆時，基體材料相對溫度過低，熔覆層與基體之間結合較差，加工表面很難與熔覆粉末形成緊密結合的冶金涂層，實際加工涂層與基體之間會產生很多氣孔，同時也容易脫落。

在激光熔覆再制造的過程中，基體材料和粉末在熔融狀態下具有很高的活性和在高溫下具有高氧化傾向。并且在激光加熱的過程中，基體表面未熔融區域形成一層氧化膜，在隨后的熔覆時，氧化膜的存在使得在已經氧化的基體表面難以繼續熔覆。

在激光熔覆過程中，材料的熔化、凝固和冷卻，都是在極快的條件下進行的，因熔覆材料與基體材料的熱物性差異以及成形工藝等因素影響，在熔覆過程中必然產生熱應力，其形態表現為拉應力。熔覆層表面在拉應力的作用下出現裂紋，嚴重影響了激光熔覆試件的質量，大大限制了激光熔覆工藝在企業中推廣應用及批量工作生產。

發明內容

針對上述現有的問題和不足，本發明的目的在于提供一種具有基體預熱、氬氣保護和鍛打功能的激光熔覆系統，該熔覆系統可以對基體材料進行預熱，使不同的基體材料達到便于激光熔覆冶金結合的適宜溫度；在熔覆過程中進行惰性氣體保護，防止高溫狀況下基體材料和熔覆粉末的氧化；同時再利用鍛打機構進行高頻微鍛造，可在激光熔覆合金層表面產生塑性變形，將合金層表面殘余拉應力調整為殘余壓應力，裂紋數量與裂紋寬度明顯減少，部分裂紋得到愈合。從而更好地達到材料激光熔覆再制造之后的質量高、成型率高的目的。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種具有基體預熱、氬氣保護和鍛打功能的激光熔覆系統，包括底板和鍛打機構；底板上安裝有鍛打機構、X方向伺服工作臺和Z方向伺服工作臺，X方向伺服工作臺上安裝有Y方向伺服工作臺，Y方向伺服工作臺與X方向伺服工作臺在水平面內，并且Y方向伺服工作臺與X方向伺服工作臺垂直設置，Y方向伺服工作臺上安裝有用于放置基體材料和熔覆材料的無蓋長方體容器，無蓋長方體容器連接有惰性氣體保護機構，無蓋長方體容器上設置有基體預熱機構，Z方向伺服工作臺在豎直平面內，并且Z方向伺服工作臺與底板垂直設置，Z方向伺服工作臺上安裝有激光頭。

本發明進一步的改進在于，無蓋長方體容器內設置有帶孔矩形塊，帶孔矩形塊一側壁上開設有進氣孔，另一側壁上開設有若干出氣孔；惰性氣體保護機構包括設置在底板上的氬氣瓶和軟管，軟管一端與氬氣瓶相連，另一端穿過帶孔矩形塊上的進氣孔伸入到帶孔矩形塊內部，氬氣通過若干出氣孔分散至無蓋長方體容器中。

本發明進一步的改進在于，基體預熱機構包括安裝于無蓋長方體容器底部的保溫殼體，保溫殼體內設置有用于對基體材料加熱的熱電阻絲。

本發明進一步的改進在于，Z方向伺服工作臺上還安裝有驅動鍛造機構和用于驅動鍛造機構的驅動電機。