CN104264149A - 一种激光熔覆过程利用椭圆形均匀光束的预热缓冷方法 - Google Patents

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马广义
王江田
石龙飞
牛方勇
吴东江
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
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Abstract

本发明属于激光熔覆、近净成形技术领域，提供了一种激光熔覆过程利用椭圆形均匀光束的预热缓冷方法。把激光束分成加工光束和椭圆形均匀光束；在进行激光熔覆前，先输出椭圆形均匀光束，后输出加工光束；开始激光熔覆时，加工光束位于椭圆形均匀光束范围内，两者同速同方向移动；激光熔覆过程结束时，椭圆形均匀光束滞后于加工光束关闭。本发明通过能量分布均匀的椭圆形激光束对激光熔覆过程进行预热缓冷，可有效利用预热缓冷光束的能量，具有更高的能量利用效率；同时通过调整椭圆形均匀光束与加工光束的相对位置能够有效调整预热时间及缓冷时间，预热缓冷的调整更简便、更灵活。

Description

一种激光熔覆过程利用椭圆形均匀光束的预热缓冷方法
技术领域
本发明属于激光熔覆、近净成形技术领域，涉及一种激光熔覆过程利用椭圆形均匀光束的预热缓冷方法。
背景技术
近年来随着工业技术的飞速发展，对零部件的性能提出了更高的要求。激光熔覆技术、激光近净成形技术在制备高性能材料零件中优势明显，其高效、快速、高质量的特点使其成为高性能零件制造的关键技术之一。但由于激光熔覆过程急冷急热，温度梯度巨大，导致较大的热应力使结构件出现裂纹缺陷。预热缓冷能有效降低熔覆过程的温度梯度，抑制裂纹缺陷产生，对获得高质量的结构件具有重要意义。
目前激光熔覆过程常用的预热缓冷方法主要包括加热管预热、感应加热等：
(1)魏青松，史玉升，刘洁，大台面选择性激光烧结快速成形预热优化设计[C]，第13届全国特种加工学术会议论文集，2009年，公开了一种大台面选择性激光烧结的预热***，利用加热管对SLS过程的预热模型，利用该预热方法成形出了精度满足设计要求的450mm×395mm×283mm的大尺寸薄壁箱体零件，但该方法存在预热温度较低、结构复杂等不足；
(2)高雪松，田宗军，黄因慧，高频感应辅助激光熔覆MCrAlY涂层的微观组织及其抗氧化性能[J]，南京航空航天大学学报，2012年44卷第1期第37～42页，公开了一种利用高频表面预热技术对镍基合金表面激光熔覆Al2O3-TiO2陶瓷涂层的影响，证明利用高频表面预热技术能够制备出表面形貌较好的涂层，但是该方法存在能量利用率较低，结构复杂等不足。
发明内容
为解决目前激光加工过程中常用的预热缓冷方法存在的问题，本发明提出采用能量分布均匀的椭圆形光束对激光熔覆过程进行预热缓冷。
本发明的技术方案：
一种激光熔覆过程利用椭圆形均匀光束的预热缓冷方法，包括以下步骤：
A、把激光束分成加工光束和椭圆形均匀光束，所述的椭圆形均匀光束长轴长度为12～25mm，短轴长度为2～6mm；
B、在进行激光熔覆前，先输出椭圆形均匀光束，后输出加工光束；
C、开始激光熔覆时，加工光束位于椭圆形均匀光束范围内，两者同速同方向移动；所述的加工光束位置处于椭圆形均匀光束的长轴上前焦点与中心点之间；
D、激光熔覆过程结束时，椭圆形均匀光束滞后于加工光束关闭。
所述的椭圆形均匀光束提前于加工光束6～8分钟输出，椭圆形均匀光束滞后于加工光束4～6分钟关闭。
与其他预热缓冷方法相比，本发明提出的一种激光熔覆过程利用椭圆形均匀光束的预热缓冷方法具有以下优点：
1、所述的一种激光熔覆过程利用椭圆形均匀光束的预热缓冷方法，通过能量分布均匀的椭圆形激光束对激光熔覆过程进行预热缓冷，预热缓冷光束形状与激光成形过程熔池的形状十分接近，与其他形状相比能够有效利用预热缓冷光束的能量，具有更高的能量利用效率；
2、所述的一种激光熔覆过程利用椭圆形均匀激光束的预热缓冷方法，通过调整椭圆形均匀光束与加工光束的相对位置能够有效调整预热时间及缓冷时间，预热缓冷的调整更简便、更灵活。
本发明所述的一种利用能量分布均匀的椭圆形光束对激光熔覆过程进行预热缓冷的方法，能够有效降低激光成形过程温度梯度，降低热应力进而抑制裂纹产生，能有效提升能量利用效率。
附图说明
附图为本发明椭圆形均匀光束与加工光束共同作用示意图。
图中：1椭圆形均匀光束；2加工光束；3椭圆形均匀光束前焦点；
4椭圆形均匀光束中心点；5基体；6成形结构。
具体实施方式
下面结合附图和技术方案进一步说明本发明的具体实施方式。
图1中基体5为TC4基板，成形结构6为单道Al2O3涂层，加工光束2功率190W，直径1mm，椭圆形均匀光束1长轴12mm，短轴4mm，功率500W，加工光束2位于椭圆形均匀光束的前焦点3处，椭圆形均匀光束1提前于加工光束(2)8分钟输出，两者以相同的扫描速度扫描速度300mm/min沿y轴正方向前进熔覆出单道涂层，熔覆后椭圆形均匀光束1滞后于加工光束2为5分钟关闭，熔覆过程可以有效控制熔池前端的预热温度，同时保证熔池后部的缓慢冷却。
以上所述实例仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种激光熔覆过程利用椭圆形均匀光束的预热缓冷方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、把激光束分成加工光束和椭圆形均匀光束，所述的椭圆形均匀光束长轴长度为12～25mm，短轴长度为2～6mm；
B、在进行激光熔覆前，先输出椭圆形均匀光束，后输出加工光束；
C、开始激光熔覆时，加工光束位于椭圆形均匀光束范围内，两者同速同方向移动；所述的加工光束位置处于椭圆形均匀光束的长轴上前焦点与中心点之间；
D、激光熔覆过程结束时，椭圆形均匀光束滞后于加工光束关闭。
2.根据权利要求1所述的预热缓冷方法，其特征在于，所述的椭圆形均匀光束提前于加工光束6～8分钟输出，椭圆形均匀光束滞后于加工光束4～6分钟关闭。
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