一种双光束超高速激光熔覆头及其熔覆方法技术

本发明专利技术公开了一种双光束超高速激光熔覆头及其熔覆方法，包括主光束分光装置，主光束分光装置分出的两束激光分别通过光路系统与第一子熔覆头和第二子熔覆头光路连接，第一子熔覆头和第二子熔覆头具有单独的光束、粉路和保护气路和独立调节的光斑大小及离焦量，第一子熔覆头用来熔覆钢粉末，形成钢层；第二子熔覆头用来熔覆陶瓷粉末，形成陶瓷层。本发明专利技术通过在熔覆过程中两个子熔覆头同时熔覆成形，分别熔覆钢粉末和陶瓷粉末，并分别形成陶瓷层和钢层，最终形成钢层和陶瓷层相互交替的层状结构钢结硬质合金，相对于传统的钢结硬质合金熔覆层，抗开裂性能和强韧性得到明显提升。抗开裂性能和强韧性得到明显提升。抗开裂性能和强韧性得到明显提升。

【技术实现步骤摘要】
一种双光束超高速激光熔覆头及其熔覆方法


[0001]本专利技术涉及机械制造领域，更具体地说，本专利技术涉及一种双光束超高速激光熔覆头及其熔覆方法。

技术介绍

[0002]钢结硬质合金是以钢为粘结相，以TiC及WC等硬质陶瓷颗粒以及它们的复合相为强化相的复合材料，具备钢和硬质合金的综合优异性能，广泛用于制备多种重型重载关键耐磨件的表面材料层及损伤修复层。其用途涉及轨道交通、航空航天及石油化工等多个领域。钢结硬质合金凭借优异的综合性能和较低的成本，成为重型装备业的重要支撑材料之一激光熔覆技术由于具备稀释率低、能量密度集中等独有的技术优势，广泛应用于钢结硬质合金材料层的制备中，逐渐成为钢结硬质合金材料层制备的主流技术之一。然而，在激光熔覆制备钢结硬质合金材料层过程中，却长期面临材料层易开裂的难题。通过常规的辅助加热、外场辅助以及梯度材料设计等方法很难解决上述开裂难题。上述问题是目前激光熔覆制备钢结硬质合金过程中的重大技术难题，也是长时间限制激光熔覆钢结硬质合金技术在工业领域应用的主要因素之一。

技术实现思路

[0003]为了克服现有技术的上述缺陷，解决钢结硬质合金激光熔覆过程中的开裂问题，本专利技术提出并设计一种双光束超高速激光熔覆头以及熔覆方法，利用层状钢结硬质合金的层状交替结构实现熔覆层的止裂增韧。
[0004]为实现上述专利技术目的，本专利技术采取的技术方案为：一种双光束超高速激光熔覆头，包括主光束分光装置，所述主光束分光装置分出的两束激光分别通过光路系统与第一子熔覆头和第二子熔覆头光路连接，所述第一子熔覆头和所述第二子熔覆头具有单独的光束、粉路和保护气路，所述第一子熔覆头和所述第二子熔覆头具有独立调节的光斑大小及离焦量，所述第一子熔覆头和所述第二子熔覆头发出的两束光之间的轴线间距可调节，所述第一子熔覆头用来熔覆钢粉末，形成钢层；所述第二子熔覆头用来熔覆陶瓷粉末，形成陶瓷层。
[0005]上述方案中，所述主光束分光装置发出的两束激光的功率范围均为0
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4000W。
[0006]本专利技术还提供了一种双光束超高速激光熔覆头进行激光熔覆的方法，包括如下步骤：S1：将第一子熔覆头和第二子熔覆头置于基体上方，分别调整好第一子熔覆头和第二子熔覆头各自的光束、粉路和保护气路；S2：启动主光束分光装置，分别调整第一子熔覆头和第二子熔覆头的光斑大小及离焦量，以及两束光之间的轴线间距；S3：第一子熔覆头和第二子熔覆头同时开始动作，熔覆过程中第一子熔覆头用来熔覆钢粉末，形成钢层；所述第二子熔覆头用来熔覆陶瓷粉末，形成陶瓷层；最终形成钢层和陶瓷层相互交替的层状结构钢结硬质合金。
[0007]上述方案中，步骤S3中，获得的层状钢结硬质合金的每种材料层的单层厚度不超过300μm。
[0008]上述方案中，步骤S3中，制备单层熔覆层厚度在0.3μm以内的钢层和陶瓷层，形成每层熔覆层相互交替的层状结构。
[0009]上述方案中，第一子熔覆头和第二子熔覆头的光斑大小调节范围为1
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2mm，两束光斑在垂直熔覆层方向上的可调距离为0
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20mm，在平行于熔覆层方向上的可调距离为30
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80mm。
[0010]本专利技术的优点是：本专利技术通过设计双光束激光熔覆头，并利用该熔覆头制备出钢层和陶瓷层相互交替的层状结构钢结硬质合金层，利用层状结构的增韧特性来抑制钢结硬质合金激光熔覆层的开裂，实现熔覆层的止裂增韧效果。
附图说明
[0011]图1为本专利技术装置的结构示意图。
[0012]图中：1. 主光束分光装置；2. 第一子熔覆头；3.第二子熔覆头。
具体实施方式
[0013]下面对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0014]实施例1：如图1所示，一种双光束超高速激光熔覆头，包括主光束分光装置1，其特征在于，所述主光束分光装置1分出的两束激光分别通过光路系统与第一子熔覆头2和第二子熔覆头3光路连接，所述第一子熔覆头2和所述第二子熔覆头3具有单独的光束、粉路和保护气路，所述第一子熔覆头2和所述第二子熔覆头3具有独立调节的光斑大小及离焦量，所述第一子熔覆头2和所述第二子熔覆头3发出的两束光之间的轴线间距可调节，所述第一子熔覆头2用来熔覆钢粉末，形成钢层；所述第二子熔覆头3用来熔覆陶瓷粉末，形成陶瓷层。
[0015]本实施例的熔覆机理为：（1）双光束熔覆头包含第一子熔覆头2和第二子熔覆头3两个子熔覆头，每个子熔覆头分别具有单独的光束、粉路和保护气路，第一子熔覆头2和第二子熔覆头3所用的激光束是由一个主光束通过主光束分光装置1分出形成，每个子熔覆头具有独立熔覆的功能；（2）熔覆头采用双光束模式，双光束中每个光束可以独立调节光斑大小及离焦量，光斑大小调节范围为1
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2mm，两束光斑在垂直熔覆层方向上的可调距离为0
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20mm，在平行于熔覆层方向上的可调距离为30
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80mm。熔覆头的两束激光的功率范围均为0
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4000W。（3）熔覆过程中第一子熔覆头2和第二子熔覆头3分别同时熔覆钢粉末和陶瓷粉末，并分别形成陶瓷层和钢层，获得的层状钢结硬质合金的每种材料层的单层厚度不超过300μm；（4）熔覆层的硬度和耐磨性不低于常规熔覆方法获得的钢结硬质合金，抗裂性能和韧性得到明显提高。
[0016]最后：以上所述仅为本专利技术的优选实施例而已，并不用于限制本专利技术，凡在本专利技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双光束超高速激光熔覆头，包括主光束分光装置(1)，其特征在于，所述主光束分光装置(1)分出的两束激光分别通过光路系统与第一子熔覆头(2)和第二子熔覆头(3)光路连接，所述第一子熔覆头(2)和所述第二子熔覆头(3)具有单独的光束、粉路和保护气路，所述第一子熔覆头(2)和所述第二子熔覆头(3)具有独立调节的光斑大小及离焦量，所述第一子熔覆头(2)和所述第二子熔覆头(3)发出的两束光之间的轴线间距可调节，所述第一子熔覆头(2)用来熔覆钢粉末，形成钢层；所述第二子熔覆头(3)用来熔覆陶瓷粉末，形成陶瓷层。2.根据权利要求1所述的一种双光束超高速激光熔覆头，其特征在于，所述主光束分光装置发出的两束激光的功率范围均为0
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4000W。3.一种利用权利要求1所述的双光束超高速激光熔覆头进行激光熔覆的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：将第一子熔覆头(2)和第二子熔覆头(3)置于基体上方，分别调整好第一子熔覆头(2)和第二子熔覆头(3)各自的光束、粉路和保护气路；S2：启动主光束分...

【专利技术属性】
技术研发人员：李永健，任旭东，童照鹏，顾嘉阳，陈兰，周王凡，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：