CN104195543A

CN104195543A - 一种光内同轴复合送丝、送粉激光熔覆***

Info

Publication number: CN104195543A
Application number: CN201410406113.1A
Authority: CN
Inventors: 王福来; 毛利强; 毛斌奇; 罗成英
Original assignee: SUZHOU KELANCI ELECTRONIC SCIENCE & TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SUZHOU KELANCI ELECTRONIC SCIENCE & TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2014-08-18
Filing date: 2014-08-18
Publication date: 2014-12-10

Abstract

本发明公开了一种光内同轴复合送丝、送粉激光熔覆***，包括能量供给***、CNC控制台(21)与数控工作台(22)、送料装置、氮气制备***(40)，送料装置包括送丝送粉复合激光熔覆成形的装置(31)，送料装置还包括与所述送丝送粉复合激光熔覆成形的装置(31)连接的送粉器(32)、送丝***(33)，能量供给***与所述送丝送粉复合激光熔覆成形的装置(31)连接，送丝送粉复合激光熔覆成形的装置(31)位于数控工作台(22)上方，氮气制备***(40)与所述送丝送粉复合激光熔覆成形的装置(31)连接。通过上述技术方案，可将激光熔覆方法运用于现实的生产中。

Description

一种光内同轴复合送丝、送粉激光熔覆***

技术领域：

本发明涉及激光熔覆装置，具体而言，涉及一种光内同轴复合送丝、送粉激光熔覆***。

背景技术：

激光熔覆是一种新的表面改性技术，该技术是以不同的添料方式在被熔覆基体表面上放置被选择的涂层材料经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低，与基体成冶金结合的表面涂层，显著改善基层表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性的工艺方法。该工艺方法的关键技术是同步送料技术，即将激光和被熔材料同步传输至加工成形位置，并使金属材料连续、准确、均匀地投入到加工面上按预定轨迹作扫描运动的聚焦光斑内，实现光料精确耦合。

申请号201010017158.1，申请日2010年1月9日的发明公开了一种送丝送粉复合激光熔覆成形方法及装置，其主要特征在于：通过光路变换，用圆锥镜将激光器发射的实心激光束变换为环形光束，再用环形聚焦镜聚焦成为环锥形光束，在环锥形光束中形成一锥形中空无光区，送粉送丝和保护气复合喷嘴置于该无光区内并与环锥形光束同轴线，送丝孔居中，平行送粉孔包围送丝孔，准直保护气孔平行包围送粉孔，丝材通过送丝孔与光束同轴垂直于加工面送入熔池，气载粉末通过送粉孔同步送入熔池，准直保护气包围粉束平行吹向熔池。该发明还公开了一种送丝送粉复合激光熔覆成形的装置，包括筒体，所述筒体上方开设有入光口，所述筒体下方设有下锥套，其下方开设有出光口，所述筒体内部中心经支撑架固定有圆锥镜，其镜面朝向入光口，所述筒体内壁上固定设有环形聚焦镜，其镜面与所述圆锥镜镜面相对，所述圆锥镜、支撑架及环形聚焦镜与筒体的入光口及出光口同轴，所述支撑架下方固定设有粉丝气复合喷嘴，所述粉丝气复合喷嘴为三层复合结构，内层为送丝管，中间层为送粉管，外层为送气管，三者出口相互平行，所述粉丝气复合喷嘴与所述圆锥镜及环形聚焦镜同轴。通过所述送丝送粉复合激光熔覆成形的装置，实现了粉丝气复合熔覆，使金属材料连续、准确、均匀地投入到加工面上按预定轨迹作扫描运动的聚焦光斑内，实现光料精确耦合。

但是，上述发明仅是提供了一种激光熔覆的方法，并未说明如何在现实的生产中具体运用上述方法，虽然上述发明还公开了一种送丝送粉复合激光熔覆成形的装置，但是，仅依靠这一装置还不足以将上述激光熔覆的方法运用于现实的生产中。

发明内容：

本发明所解决的技术问题：申请号201010017157.7，申请日2010年1月9日的发明所公开的内容不足以说明如何在现实的生产中具体运用所述光、粉、气同轴输送激光熔覆成形制造的方法。

本发明提供如下技术方案：一种光内同轴复合送丝、送粉激光熔覆***，包括能量供给***、CNC控制台与数控工作台、送料装置、氮气制备***，所述送料装置包括送丝送粉复合激光熔覆成形的装置，所述送料装置还包括与所述送丝送粉复合激光熔覆成形的装置连接的送粉器、送丝***，所述能量供给***与所述送丝送粉复合激光熔覆成形的装置连接，所述送丝送粉复合激光熔覆成形的装置位于数控工作台上方，所述氮气制备***与送丝送粉复合激光熔覆成形的装置连接。

按上述技术方案，能量供给***产生激光，并将激光送入所述送丝送粉复合激光熔覆成形的装置，同时，送粉器、送丝***将熔覆材料送入所述送丝送粉复合激光熔覆成形的装置，氮气制备***将氮气送入所述送丝送粉复合激光熔覆成形的装置。所述送丝送粉复合激光熔覆成形的装置已被申请号201010017157.7的发明所公开，经所述送丝送粉复合激光熔覆成形的装置处理，送入其中的激光变成环锥形光束，在环锥形光束中形成一锥形中空无光区，送粉送丝和氮气复合喷嘴置于该无光区内并与环锥形光束同轴线，送丝孔居中，平行送粉孔包围送丝孔，氮气孔平行包围送粉孔，丝材通过送丝孔与光束同轴垂直于加工面送入熔池，气载粉末通过送粉孔同步送入熔池，氮气包围粉束平行吹向熔池。其中，所述熔池位于数控工作台上的被加工对象上。通过上述技术方案，可将申请号201010017157.7的发明所述的激光熔覆方法运用于现实的生产中。

作为本发明的进一步说明，所述能量供给***包括一台激光器、水冷机和冷却水路、反射式光路，所述激光器所产生的激光经反射式光路进入所述送丝送粉复合激光熔覆成形的装置，所述水冷机通过冷却水路对所述激光器、反射式光路、送丝送粉复合激光熔覆成形的装置进行降温。所述激光器为武汉金石凯激光有限公司研制的GS-TFL-10KW高功率横流CO₂激光器，它是一种采用针板放电的气体横流快速循环流动激光器，具有功率高、效率高、寿命长、光束质量好、稳定性好、结构紧凑、使用费用低和维修方便等优点。其配套设备包括水冷机、反射式光路和冷却水路。激光器在运行过程中，激光器中全反镜以及输出镜等一些器件会产生大量的热，并且所述送丝送粉复合激光熔覆成形的装置内部的光路变换镜片以及外部的反射镜片等也会产生大量的热量，因此必须用冷却循环水对这些部位进行冷却。所述水冷机和冷却水路为武汉团结激光成套设备有限公司设计制造的专为大功率激光器排热的制冷换热设备。该冷却机组提供激光器的冷却循环水温度在8-12度之间可以任意调节。

作为本发明的进一步说明，所述CNC工作台包括一套CNC控制单元、一台六轴五联动加工机床。所述CNC控制单元是PMAC数控***，X方向的最大行程为1500mm，Y轴最大行程800mm。所述机床所采用的伺服控制卡为PMAC卡，它是美国著名的Delta Tau公司推出的采用先进的数字信号处理技术的***传动控制装置，具有响应速度快、精度高、开发周期短，编程和操作简单的特点，在发达国家已广泛应用于机器人，数控机床等需要多轴控制的高精度伺服装置上。六轴五联动数控工作台为烟台机床附件厂生产的TSL400型立卧回转工作台，台面直径400mm。此数控工作台的重复定位精度为6/10000mm。

作为本发明的进一步说明，所述氮气制备***包括压缩机、与压缩机连接的制氮机、与制氮机连接的储气罐。N₂是一种非助燃气体，空气中大量含有N₂，取用相对比较低廉。制氮***主要由空气压缩机、食品制氮机、储气罐组成。食品制氮机能够提取空气中的N₂，使其纯度达99.5％，完全能够满足实验需要。N₂的使用在整个***中有两个作用，一是作为保护气，起到对光学镜片组的保护作用。二是作为送粉载气，因为使用N₂这种非可燃气体作为载气，可以减小粉末与激光作用产生的有害烟雾与燃烧火焰，从而保证熔覆层的质量。

作为本发明的进一步说明，所述送丝***包括送丝机和送丝控制柜，所述送丝机包括送丝软管。优选的，所述送丝机包括校直装置。为了保证送丝过程的连续性、可调性、稳定性，实现实验的要求，本发明选用的送丝机为南通振康有限公司制造的SB-10-D/TIG型送丝机驱动装置。送丝的速度范围为1.5-15m/min，丝材的直径范围为0.8/1.0/1.2。金属丝的输送过程要求连续，平稳，金属丝的直线度对于金属丝的几何控制至关重要，会对熔覆的表面质量有重要的影响，这就要求金属丝必须经过校直。因此，在送丝机中特别装有校直装置，经过校直过的金属丝通过送丝管输送到复合喷嘴位置。喷嘴具有导向作用，直接将金属丝输入到熔池。送丝速率的调节由送丝控制柜实现，控制柜通过开关电位器改变输给直流电动机的电压，利用电压的变化对直流电动机进行调速。本发明中不存在送丝方向、位置和角度对熔覆层质量的影响，因此送丝速率就成为影响熔覆质量的关键因素之一，对送丝速率的控制就显得尤为重要。

作为本发明的进一步说明，所述送粉器为双管载气送粉器。本发明采用DPSF-2双管载气送粉器，该送粉器靠送粉盘定量，传动装置主要是送粉电机和送粉盘。储粉筒中的粉末靠自身重力通过进粉口落在送粉盘的槽中，送粉电机带动送粉盘匀速转动，当送粉盘槽中的粉末到达挡粉块后，由送粉载气带动通过出粉接头进入送粉管，载气粉末沿外路粉管到达加工区域。该送粉器粉流的发散小，方向性特别好，可满足快速成型的要求。送粉量和粉末运行速度可以通过调节送粉电机转速和载气流量大小来实现。由于其具有一大一小两个储粉筒，因此可以实现两种不同的粉末同时输送。

附图说明：

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

图1为本发明一种光内同轴复合送丝、送粉激光熔覆***的结构

示意图。

图中符号说明：

11－激光器；12－水冷机；13－反射式光路；

21－CNC控制台；22－数控工作台；

31－送丝送粉复合激光熔覆成形的装置；32－送粉器；33－送丝***；

40－氮气制备***。

具体实施方式：

如图1所示，一种光内同轴复合送丝、送粉激光熔覆***，包括：一台激光器11、水冷机12和冷却水路、反射式光路13，CNC控制台 21与数控工作台22，送丝送粉复合激光熔覆成形的装置31、送粉器32、送丝***33，氮气制备***40。

所述反射式光路13连接激光器11与送丝送粉复合激光熔覆成形的装置31。其中，所述激光器11为武汉金石凯激光有限公司研制的GS-TFL-10KW高功率横流CO₂激光器。

所述水冷机12通过冷却水路对所述激光器11、反射式光路13、送丝送粉复合激光熔覆成形的装置31进行降温。其中，所述水冷机和冷却水路为武汉团结激光成套设备有限公司设计制造的专为大功率激光器排热的制冷换热设备。

所述送粉器32、送丝***33、氮气制备***40与所述送丝送粉复合激光熔覆成形的装置31连接。其中，所述送粉器32为DPSF-2双管载气送粉器。所述送丝***33包括送丝机和送丝控制柜，所述送丝机包括送丝软管、校直装置，所述送丝机为南通振康有限公司制造的SB-10-D/TIG型送丝机驱动装置，送丝的速度范围为1.5-15m/min，丝材的直径范围为0.8/1.0/1.2。所述氮气制备***40包括压缩机、与压缩机连接的食品制氮机、与食品制氮机连接的储气罐。

所述送丝送粉复合激光熔覆成形的装置31位于数控工作台22上方。其中，所述数控工作台22包括一套CNC控制单元、一台六轴五联动加工机床。所述CNC控制单元是PMAC数控***，X方向的最大行程为1500mm，Y轴最大行程800mm。所述机床所采用的伺服控制卡为PMAC卡。六轴五联动数控工作台为烟台机床附件厂生产的TSL400 型立卧回转工作台，台面直径400mm。此数控工作台的重复定位精度为6/10000mm。

以上内容仅为本发明的较佳实施方式，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种光内同轴复合送丝、送粉激光熔覆***，包括能量供给***、CNC控制台(21)与数控工作台(22)、送料装置、氮气制备***(40)，所述送料装置包括送丝送粉复合激光熔覆成形的装置(31)，其特征在于：所述送料装置还包括与所述送丝送粉复合激光熔覆成形的装置(31)连接的送粉器(32)、送丝***(33)，所述能量供给***与所述送丝送粉复合激光熔覆成形的装置(31)连接，所述送丝送粉复合激光熔覆成形的装置(31)位于数控工作台(22)上方，所述氮气制备***(40)与所述送丝送粉复合激光熔覆成形的装置(31)连接。

2.如权利要求1所述的一种光内同轴复合送丝、送粉激光熔覆***，其特征在于：所述能量供给***包括一台激光器(11)、水冷机(12)和冷却水路、反射式光路(13)，所述激光器(11)所产生的激光经反射式光路(13)进入所述送丝送粉复合激光熔覆成形的装置(31)，所述水冷机(12)通过冷却水路对所述激光器(11)、反射式光路(13)、送丝送粉复合激光熔覆成形的装置(31)进行降温。

3.如权利要求1所述的一种光内同轴复合送丝、送粉激光熔覆***，其特征在于：所述数控工作台(22)包括一套CNC控制单元、一台六轴五联动加工机床。

4.如权利要求1所述的一种光内同轴复合送丝、送粉激光熔覆***，其特征在于：所述氮气制备***(40)包括压缩机、与压缩机连接的制氮机、与制氮机连接的储气罐。

5.如权利要求1所述的一种光内同轴复合送丝、送粉激光熔覆***，其特征在于：所述送丝***(33)包括送丝机和送丝控制柜，所述送丝机包括送丝软管。

6.如权利要求5所述的一种光内同轴复合送丝、送粉激光熔覆***，其特征在于：所述送丝机包括校直装置。

7.如权利要求1所述的一种光内同轴复合送丝、送粉激光熔覆***，其特征在于：所述送粉器(32)为双管载气送粉器。