[發明專利]一種脈沖激光原位沖擊輔助激光熔覆裝置及使用方法

有效

• 申請號: 202210183771.3
• 申請日: 2022-02-28
• 公開（公告）號: CN114574854B
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發明（設計）人: 時明天;楊海峰;朱聰聰;劉昊;郝敬賓;劉新華
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;C21D10/00
• 代理公司: 徐州創榮知識產權代理事務所(普通合伙) 32353
• 代理人: 畢金鵬

本發明公開了一種脈沖激光原位沖擊輔助激光熔覆裝置及使用方法，包括電子計算機，電子計算機控制有激光熔覆制造模塊和脈沖激光調光模塊；脈沖激光調光模塊包括脈沖激光器和調光機架，調光機架外壁設有光纖接入口，脈沖激光器通過設有脈沖激光光纖連接光纖接入口，光纖接入口配設有可往復轉動的第一反射鏡，第一反射鏡的兩側分別設有第一振鏡和第二反射鏡，第二反射鏡在第一振鏡所在的另一側設有第二振鏡。通過調光機架的設置，以解決在復雜軌跡下，脈沖激光不能跟隨連續激光的加工動作一直作用于熔池后方的技術問題。

技術領域

本發明屬于激光熔覆技術領域，尤其涉及一種脈沖激光原位沖擊輔助激光熔覆裝置及使用方法。

背景技術

激光熔覆是一種表面改性技術，又叫激光熔敷或激光包覆。激光熔覆技術通過利用一定功率密度和掃描速度的激光束作用在同步送入的或預制于基材表面的功能性材料上，功能性材料與基材共同熔化、快速冷卻、凝固成具有良好冶金結合的熔覆層。激光熔覆能夠顯著改善基材表面的耐磨性、耐蝕性、耐熱性、抗氧化性及電氣特性，從而達到表面改性或修復的目的，既滿足了對材料表面特定性能的要求，又節約了大量的貴重元素，被廣泛應用于軌道交通、工程機械等領域。

但是，激光熔覆涂層內會存在微觀成分偏析、擇優取向引起的粗大樹枝晶等問題，這些問題嚴重阻礙了激光熔覆技術大規模應用。利用脈沖激光原位輔助激光熔覆時，脈沖激光產生的壓力波持續時間為幾百個納秒、峰值壓力可達100MPa，作用在熔覆層未凝固部分后，可以獲得晶粒細化、顯微硬度提高的涂層。目前采用的加工方法為固定主激光頭和脈沖激光透鏡，通過微調脈沖激光的偏轉范圍，實現對熔覆層不同區域的沖擊。

一般而言，壓力波作用在連續激光4產生的熔池后方區域，對熔池或熱硬區沖擊可以獲得性能較好的涂層。然而，如圖1所示的加工方法，將連續激光4與脈沖激光1保持同一姿態，僅適合于連續激光4與脈沖激光1同時向右做直線運動，方可實現脈沖激光1作用于熔池后方區域，如圖2中的a軌跡所示，將連續激光與脈沖激光固聯的情況下，做出水平向右外的任意運動，如圖2中b和c所示的軌跡時，都不能實現脈沖激光1作用在熔池后方，不能實現復雜軌跡下脈沖激光1跟隨連續激光4之后的加工動作，不能獲得復雜軌跡下晶粒細化、顯微硬度提高的涂層。為此，設計出一種脈沖激光原位沖擊輔助激光熔覆裝置及使用方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種脈沖激光原位沖擊輔助激光熔覆裝置及使用方法，以解決在復雜軌跡下，脈沖激光不能跟隨連續激光的加工動作一直作用于熔池后方的技術問題。

為實現上述目的，本發明的一種脈沖激光原位沖擊輔助激光熔覆裝置及使用方法的具體技術方案如下：

一種脈沖激光原位沖擊輔助激光熔覆裝置，包括電子計算機，電子計算機控制有激光熔覆制造模塊和脈沖激光調光模塊；激光熔覆制造模塊包括連續激光器和移動架，連續激光器通過設有連續激光光纖對接有激光頭，激光頭垂直固定于移動架，激光頭配設有水冷裝置、輸送保護氣裝置和輸送金屬粉末裝置，激光頭下方設有工作臺；脈沖激光調光模塊包括脈沖激光器和調光機架，調光機架外壁設有光纖接入口，脈沖激光器通過設有脈沖激光光纖連接光纖接入口，光纖接入口配設有可往復轉動的第一反射鏡，第一反射鏡的兩側分別設有第一振鏡和第二反射鏡，第二反射鏡在第一振鏡所在的另一側設有第二振鏡，通過調光機架的設置，以解決在復雜軌跡下，脈沖激光不能跟隨連續激光的加工動作一直作用于熔池后方的技術問題，所述調光機架為V字形的盒體，第二反射鏡固定設于盒體內腔的折角處，第一反射鏡通過設有電機控制轉動，第一振鏡和第二振鏡分別位于盒體內腔的兩端，調光機架為V字形結構，占有空間小，折線結構的盒體有利于按激光直線傳播的特點，在調光機架內部布局反射鏡和振鏡，節省工業空間的同時，使本裝置結構更加緊湊。

進一步的，所述第一反射鏡和第二反射鏡垂直設置，更加優化調光機架內部的布局，更有利于對調光機架內部激光的方向的把控。