[發明專利]一種覆層裂紋自愈合的激光熔覆裝置及其加工方法

有效

• 申請號: 201910821310.2
• 申請日: 2019-09-02
• 公開（公告）號: CN110453216B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 王東生;周杏花;季燕;王松林;李杰
• 申請（專利權）人: 銅陵學院
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 合肥中谷知識產權代理事務所(普通合伙) 34146
• 代理人: 洪玲

本發明涉及一種熔覆層裂紋自愈合的激光熔覆裝置及其加工方法，該裝置包括激光熔覆機構和脈沖電流機構，所述激光熔覆機構包括設置于工作臺上方的固定座和激光頭；所述脈沖電流機構包括分別設置于所述激光熔覆機構兩端的可調電極組件，所述可調電極組件與所述固定座之間通過可調連接件連接。本發明通過設置脈沖電流機構，提高熔覆效率，又能細化熔覆層晶粒，降低其孔隙率，并均勻熔覆層組織，同時可以減少熔覆層殘余熱應力和開裂敏感性，特別是脈沖大電流密度在熔覆層裂紋尖端形成的繞流效應和焦耳熱效應能夠實現熔覆層裂紋的在線自愈合，能夠制備高質量，高性能的激光熔覆涂層。

技術領域

本發明屬于激光加工設備技術領域，具體涉及一種熔覆層裂紋自愈合的激光熔覆裝置及其加工方法。

背景技術

激光熔覆是一個復雜的物理化學和冶金過程，由于其快速加熱和凝固的工藝特點(急熱急冷)，再加上熔覆層材料與基材在物理性能(如熱膨脹系數，彈性模量和導熱系數等)上的差異，直接導致了在熔覆層內和熔覆層與基體之間存在著殘余內應力，當殘余應力大于熔覆層的抗拉強度時，容易在氣孔、夾雜、尖端等處產生應力集中，從而導致熔覆層開裂。

為了獲得質量好、缺陷少甚至無缺陷的激光熔覆涂層，一方面應從理論上對激光熔覆技術的理論基礎快速凝固理論，以及涂層界面精細結構作深入的研究，以期揭示激光熔覆過程的本質；另一方面應從工藝上對涂層的構成與質量進行控制與改進，減少激光熔覆過程中的熱應力；此外建立激光熔覆工藝、涂層組織、性能一體化評價指標也是研究的一個熱點。目前所采用的控制激光熔覆涂層裂紋和剝落的主要措施有：優化工藝方法和參數；合理設計涂層；調整應力狀態，盡可能降低拉應力以及改變激光作用模式或能量分布及采用復合激光熔覆工藝等。

在金屬凝固過程中，施加電流可以改善材料組織及性能，外加電流輔助激光加工常見于電流強化激光焊接，由于直流電流會對熔池有持續的加熱作用，從而使晶粒變大，因此脈沖電流具有更好的強化效果。然而，研究脈沖電流對激光熔覆的影響研究還很少，目前有研究人員對脈沖電流對激光熔覆的影響進行了研究，發現其具有細化組織的作用。但其實驗裝置電極位置是固定的，考慮到在激光熔覆過程中，激光束位置與工件相對運動，如果施加電流的電極位置與工件相對不動，熔池只占導體的一小部分，大部分的電流未通過熔池，不利于電流密度的提高，這將大大降低電流的實際效果。

因此，開發和設計一種能夠使電極始終位于靠近熔池的位置并和熔池相對位置保持不變、提高電流利用效率、增強激光熔覆效果、減少熔覆層裂紋的激光熔覆裝置具有重要的經濟、社會和現實意義。

發明內容

本發明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種結構簡單，設計合理的一種熔覆層裂紋自愈合的激光熔覆裝置及其加工方法。

本發明通過以下技術方案來實現上述目的：

一種熔覆層裂紋自愈合的激光熔覆裝置，包括激光熔覆機構和脈沖電流機構，所述激光熔覆機構設置于工作臺的上方，包括設置于工作臺上方的固定座和與固定座連接的激光頭；

所述脈沖電流機構包括分別設置于所述激光熔覆機構兩端的可調電極組件，所述可調電極組件與所述固定座之間通過可調連接件連接，所述可調連接件包括設置于所述固定座兩端底部的滑槽，所述滑槽內設置有與其相互匹配的滑動塊，所述滑槽和滑動塊的一側均設置有固定孔，所述固定孔配備有與其相互配合的螺紋釘；

所述滑動塊的內部為空心狀，且滑動塊底部設有槽孔，所述槽孔內穿設有調節桿，所述調節桿的頂端設置于所述滑動塊的內部，且與所述滑動塊之間通過彈性連接件連接；

所述調節桿的底端設置有電極組件，所述電極組件與調節桿之間通過若干連接板和穿設于連接板表面的連接螺栓連接，所述連接板上還設置有碳刷，所述碳刷用于與設置于固定座外部的電源輸出端連接；

所述電極組件與所述連接板底端通過固定釘和蓋板相互連接，所述滾動電極組件由內至外依次包括連接軸、絕緣套和滾動電極。