一种激光沉积设备及激光沉积方法技术

本发明专利技术公开一种激光沉积设备及激光沉积方法，涉及表层增材制造技术领域，以解决现有的激光沉积装置及方法无法实现管状结构内表面沉积增材的问题。所述激光沉积设备包括：基座、设置在基座上的支撑控制组件及激光沉积组件；管状结构安装在支撑控制组件上，激光沉积组件的激光沉积头伸入管状结构中，支撑控制组件用于控制管状结构以预设旋转速度转动，并控制激光沉积组件沿基座以预设滑动速度滑动，以改变激光沉积头伸入管状结构中的位置，从而在管状结构的内壁形成沉积层。所述激光沉积方法应用于上述激光沉积设备中。本发明专利技术提供的激光沉积设备及激光沉积方法用于实现管状结构内表面激光沉积。表面激光沉积。表面激光沉积。

【技术实现步骤摘要】
一种激光沉积设备及激光沉积方法


[0001]本专利技术涉及表层增材制造
，尤其涉及一种激光沉积设备及激光沉积方法。

技术介绍

[0002]在一些特殊用途中，要求管道内壁具有优良的耐高温、耐磨损和耐腐蚀性，如火箭喷气推进系统和航空发动机燃烧室火焰喷管等，此时需要在管内表面制备特殊性能涂层。
[0003]目前，在管内表面制备涂层的方法主要为空气喷涂、热喷涂法。
[0004]但上述方法是直接将陶瓷颗粒喷涂粘接在金属层表面上，所形成的涂层存在脆性高、结合强度低、易出现孔隙率高、裂纹、开裂脱落等缺点，且现有的激光沉积装置及方法无法实现管状结构的内表面沉积增材。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种激光沉积设备及激光沉积方法，用于提供一种可以利用激光沉积技术实现管状结构内表面沉积增材的技术方案。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供一种激光沉积设备，用于管状结构内壁沉积增材；激光沉积设备包括：基座、设置在基座上的支撑控制组件以及激光沉积组件；
[0007]管状结构安装在支撑控制组件上，激光沉积组件的激光沉积头伸入管状结构中；
[0008]在沉积过程中，支撑控制组件用于控制管状结构以预设旋转速度转动，并控制激光沉积组件沿基座以预设滑动速度滑动，以改变激光沉积头伸入管状结构中的位置，从而在管状结构的内壁形成沉积层。
[0009]与现有技术相比，本专利技术提供的激光沉积组件中，管状结构安装在所述支撑控制组件上，激光沉积组件的激光沉积头伸入管状结构中，在沉积过程中，激光沉积组件向激光沉积头输送激光和涂层粉末，以通过激光沉积头在管状结构内表面形成沉积层。当上述支撑控制组件控制管状结构以预设旋转速度转动时，管状结构可以相对激光沉积头做圆周运动，以实现沿管状结构的周向，对管状结构的内表面进行激光沉积；同时，支撑控制组件控制激光沉积组件沿基座以预设滑动速度滑动，从而使激光沉积头靠近或者远离管状结构，以实现沿管状结构的直径方向，对管状结构的内表面进行激光沉积。基于此，能够实现对管状结构内表面的全部区域进行激光沉积，解决了现有技术中，激光沉积无法实现管状结构内层沉积增材的技术问题，而激光沉积的沉积速率高、结合强度好且具有良好的保成分性，解决了现有技术中空气喷涂、热喷涂法所形成的涂层脆性高、结合强度低、易出现孔隙率高、裂纹、开裂脱落等技术问题。
[0010]可选地，上述的激光沉积设备中，支撑控制组件包括控制器、旋转固定组件、支撑调节组件和滑动组件；管状结构固定于旋转固定组件上，支撑调节组件用于支撑管状结构，并调节管状结构相对激光沉积头的位置，滑动组件滑动设置在基座上，激光沉积组件设置在滑动组件上；控制器分别与旋转固定组件和滑动组件电连接，用于在激光沉积过程中控
制旋转固定组件带动管状结构转动，还用于控制滑动组件沿基座滑动，从而带动激光沉积组件沿基座滑动。如此设置，通过支撑调节组件调节管状结构与激光沉积头的相对位置，从而保证激光沉积头在管状结构的内壁可以形成均匀的激光沉积层。而控制器能够在控制旋转固定组件带动管状结构转动的同时，控制滑动组件沿基座滑动，从而带动激光沉积组件沿基座滑动，以实现管状结构内表面的全部区域进行激光沉积。
[0011]可选地，上述的激光沉积设备中，滑动组件包括驱动连接的传送件和第一驱动件，传送件的一侧与基座滑动连接，另一侧与激光沉积组件固定连接，第一驱动件与控制器电连接。如此设置，在控制器的控制下，驱动传送件沿基座滑动，从而带动激光沉积组件沿基座滑动，实现激光沉积头的轴向进给。
[0012]可选地，上述的激光沉积设备中，旋转固定组件包括驱动连接的旋转固定件和第二驱动件，旋转固定件用于固定管状结构，第二驱动件与控制器电连接。如此设置，在控制器的控制下，驱动旋转固定件转动，从而实现管状结构的周向转动。
[0013]可选地，上述的激光沉积设备中，支撑调节组件包括支撑件和调节件，支撑件设置在基座上，用于支撑管状结构，调节件用于调节管状结构相对激光沉积头的位置。
[0014]可选地，上述的激光沉积设备中，支撑件包括液压调节件和支撑本体。如此设置，液压调节件可无级调节支撑本体的高度，进而适应不同直径的管状结构。
[0015]可选地，上述的激光沉积设备中，激光沉积组件包括激光器、送粉器、机械臂和激光沉积头；机械臂第一端与激光器固定连接，机械臂第二端与激光沉积头固定连接，用于将激光沉积头伸入管状结构中；激光沉积头和机械臂的夹角小于180
°
，用于将激光和涂层粉末喷射至管状结构内表面上；机械臂及激光沉积头内设有光纤和送粉管，光纤第一端与激光器的输出端连接，光纤的第二端设置于激光沉积头内，用于向激光沉积区域输送激光；送粉管的第一端与送粉器相连，送粉管的第二端设置于激光沉积头内，用于向激光沉积区域输送涂层粉末。如此设置，激光通过机械臂内部的光纤传输到激光沉积头并发射，在管状结构内表面上形成熔池，涂层粉末通过机械臂内部的送粉管传输至激光沉积头并喷射入熔池，最终实现在管状结构内表面上形成激光沉积层。
[0016]可选的，上述的激光沉积设备中，送粉器的数目与涂层材料种类数相同。不同涂层材料填装至不同送粉器，并通过送粉管按比例输送至激光沉积区域，如此设置，可在激光沉积过程，涂层粉末混合更均匀，物料比更精确。
[0017]可选地，上述的激光沉积设备中，激光沉积组件还包括保护气体发生器，机械臂及激光沉积头内设有保护气管，保护气管第一端与保护气体发生器连接，第二端设置于激光沉积头内，用于在激光沉积区域形成保护气体氛围，防止涂层及管状结构内表面在激光沉积过程中被氧化，进而使激光沉积具有良好的保成分性。
[0018]可选地，上述的激光沉积设备中，保护气体可选用氩气，氩气化学性质稳定，且密度大于空气，易形成良好的保护氛围。
[0019]可选地，上述的激光沉积设备中，激光沉积组件还包括水冷系统，水冷系统的第一冷却流道与激光器固定连接，用于冷却激光器，水冷系统的第二冷却流道设置于机械臂及激光沉积头内的光纤外侧，用于冷却光纤。
[0020]本专利技术还提供一种激光沉积方法，应用于上述的激光沉积设备中，激光沉积方法包括：
[0021]根据第一沉积参数，确定管状结构的预设旋转速度；
[0022]根据第二沉积参数，确定激光沉积组件的预设滑动速度；
[0023]在管状结构上确定激光沉积定位原点，并控制激光沉积头位于激光沉积原点处；
[0024]控制管状结构以预设旋转速度进行旋转，同时控制激光沉积组件以预设滑动速度在基座上滑动，以在管状结构的内壁形成沉积层。
[0025]与现有技术相比，本专利技术提供的激光沉积方法的有益效果与上述激光沉积设备的有益效果相同，此处不做赘述。
[0026]具体地，上述的激光沉积方法中，第一沉积参数包括激光扫描速度和管状结构内径，根据第一沉积参数，确定管状结构的预设旋转速度满足：
[0027]n＝v/(2πr)；
[0028]其中，n表示管状结构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光沉积设备，其特征在于，用于管状结构内壁沉积增材；所述激光沉积设备包括：基座、设置在所述基座上的支撑控制组件以及激光沉积组件；所述管状结构安装在所述支撑控制组件上，所述激光沉积组件的激光沉积头伸入所述管状结构中；在沉积过程中，所述支撑控制组件用于控制所述管状结构以预设旋转速度转动，并控制所述激光沉积组件沿所述基座以预设滑动速度滑动，以改变所述激光沉积头伸入所述管状结构中的位置，从而在所述管状结构的内壁形成沉积层。2.根据权利要求1所述的激光沉积设备，其特征在于，所述支撑控制组件包括控制器、旋转固定组件、支撑调节组件和滑动组件；所述管状结构固定于所述旋转固定组件上，所述支撑调节组件用于支撑所述管状结构，并调节所述管状结构相对所述激光沉积头的位置，所述滑动组件滑动设置在所述基座上，所述激光沉积组件设置在所述滑动组件上；所述控制器分别与所述旋转固定组件和所述滑动组件电连接，用于在激光沉积过程中控制所述旋转固定组件带动所述管状结构转动，还用于控制所述滑动组件沿所述基座滑动，从而带动所述激光沉积组件沿所述基座滑动。3.根据权利要求2所述的激光沉积设备，其特征在于，所述滑动组件包括驱动连接的传送件和第一驱动件；所述传送件的一侧与所述基座滑动连接，另一侧与所述激光沉积组件固定连接，所述第一驱动件与所述控制器电连接，用于在所述控制器的控制下，驱动所述传送件沿所述基座滑动，从而带动所述激光沉积组件沿所述基座滑动。4.根据权利要求2所述的激光沉积设备，其特征在于，所述旋转固定组件包括驱动连接的旋转固定件和第二驱动件；所述旋转固定件用于固定管状结构，所述第二驱动件与所述控制器电连接，用于在所述控制器的控制下，驱动所述旋转固定件转动，从而带动所述管状结构转动；和/或，所述支撑调节组件包括支撑件和调节件，所述支撑件设置在所述基座上，用于支撑所述管状结构，所述调节件用于调节所述管状结构相对所述激光沉积头的位置。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的激光沉积设备，其特征在于，所述激光沉积组件包括激光器、送粉器、机械臂和激光沉积头；所述机械臂第一端与所述激光器固定连接，所述机械臂第二端与所述激光沉积头固定连接，用于将所述激光沉积头伸入所述管状结构中；所述激光沉积头和所述机械臂的夹角小于180
...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭明海，李广生，薛凯文，刘斌，
申请(专利权)人：鑫精合激光科技发展北京有限公司，
类型：发明
国别省市：