[發(fā)明專利]一種同步送粉水下激光熔覆制備覆層的方法以及裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010038327.3
• 申請日: 2020-01-14
• 公開（公告）號: CN111118494A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李成新;劉伊;黃小芳;李巖;婁麗艷;李長久
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 北京潤澤恒知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11319
• 代理人: 莎日娜

本發(fā)明提供了一種同步送粉水下激光熔覆制備覆層的方法和裝置，所述方法通過本發(fā)明提供的同步送粉水下激光熔覆制備覆層的裝置完成，所述方法包括：確定熔覆材料；對待熔覆部件表面進(jìn)行清潔和粗化處理；檢測待熔覆部件表面是否達(dá)到工作要求；調(diào)整水下激光熔覆的激光功率密度；調(diào)整熔覆工作距離；調(diào)整保護(hù)氣壓力、送粉氣壓力以及送粉氣流量；利用激光束加熱使熔覆材料和待熔覆部件的基體材料同時(shí)熔化，形成熔池，進(jìn)而形成覆層，其中，在進(jìn)行熔覆過程中，使用送粉裝置將所述熔覆材料的粉末同步送入熔池；檢測制備的覆層形貌和性能的達(dá)標(biāo)情況。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及功能涂層領(lǐng)域，具體涉及一種同步送粉水下激光熔覆制備覆層的方法以及裝置。

背景技術(shù)

海洋裝備構(gòu)件目前維護(hù)仍然以定期替換，陸地維修為主，造成了經(jīng)濟(jì)成本與人力成本的提高。然而，深海應(yīng)急維修與緊急情況部件原位制造可以提升深海打撈成功率和救援效率。目前針對深海應(yīng)急修復(fù)主要方法有：水下焊接、水下等離子噴涂以及水下攪拌摩擦修復(fù)等。

激光熔覆技術(shù)是利用高能密度激光束使熔覆材料和基材同時(shí)熔化，形成與基體呈冶金結(jié)合的涂層。與上述水下焊接、水下等離子噴涂與水下攪拌摩擦修復(fù)等方法相比，激光熔覆具有成型組織致密、晶粒細(xì)小、工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)，且易于實(shí)現(xiàn)自動化。然而，目前水下激光增材技術(shù)主要是將粉末預(yù)置后由激光能量使之熔化形成覆層，粉末的預(yù)置處理要求粉末種類不能是氧敏感度大的材料；同時(shí)要求將待熔覆部件從水環(huán)境中取出，干燥后進(jìn)行鋪粉，這增加了工藝成本；預(yù)置粉末對部件表面形貌和幾何形狀要求較高，同時(shí)激光加熱過程中覆層易產(chǎn)生氣孔，限制了增材部件的幾何結(jié)構(gòu)并且降低了覆層性能，同時(shí)增加了操作步驟與工藝難度并且難以在深海進(jìn)行作業(yè)。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述問題，本發(fā)明提供一種同步送粉水下激光熔覆制備覆層的方法以及裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)在水下原位表面修復(fù)和原位覆層再制造，降低了工藝成本，同時(shí)提高了覆層的質(zhì)量。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種同步送粉水下激光熔覆制備覆層的方法，包括：

確定熔覆材料；

對待熔覆部件表面進(jìn)行清潔和粗化處理；

檢測所述待熔覆部件表面是否達(dá)到工作要求；

根據(jù)所述熔覆材料的成分和粒徑大小調(diào)整水下激光熔覆的激光功率密度；

根據(jù)所述熔覆材料的成分和所述水下激光熔覆的激光功率密度調(diào)整熔覆工作距離；

根據(jù)工作水壓和所述熔覆材料的成分調(diào)整保護(hù)氣壓力、送粉氣壓力以及送粉氣流量；

將同步送粉激光熔覆噴嘴送至水下工作地點(diǎn)，開啟激光器，利用激光束加熱使所述熔覆材料和所述待熔覆部件的基體材料同時(shí)熔化，形成熔池，進(jìn)而形成與基體呈冶金結(jié)合的覆層，其中，整個(gè)熔覆過程在水下進(jìn)行，在進(jìn)行熔覆的過程中，同時(shí)使用送粉裝置將所述熔覆材料的粉末同步送入熔池，并且需要在覆層沉積點(diǎn)與同步送粉激光熔覆噴嘴之間形成穩(wěn)定且適合粒子沉積的局部空腔，克服水環(huán)境對覆層粉末與激光耦合的阻礙，實(shí)現(xiàn)覆層的制備；

檢測制備的覆層形貌和性能的達(dá)標(biāo)情況，若所述制備的覆層形貌和性能不達(dá)標(biāo)，則重新調(diào)整所述激光功率密度、所述熔覆工作距離、所述保護(hù)氣壓力、所述送粉氣壓力以及所述送粉氣流量，重新進(jìn)行激光熔覆處理，直至所述制備的覆層形貌和性能達(dá)標(biāo)。

優(yōu)選地，在所述同步送粉激光熔覆噴嘴送至水下工作地點(diǎn)的過程中，所述保護(hù)氣和所述送粉氣保持持續(xù)打開狀態(tài)。

優(yōu)選地，形成穩(wěn)定且適合粒子沉積的局部空腔的步驟是：通過調(diào)整保護(hù)氣流量和送粉氣流量，將所述覆層沉積點(diǎn)與所述同步送粉激光熔覆噴嘴之間的水排開。

優(yōu)選地，在進(jìn)行熔覆的過程中，根據(jù)待熔覆部件表面形貌進(jìn)行機(jī)器人編程，通過機(jī)器人仿形編程路徑控制所述熔覆材料的粉末路徑。