【技术实现步骤摘要】
一种面向数控中心主轴的磁场辅助超高速激光熔覆系统
[0001]本技术涉及激光熔覆领域，尤其涉及一种面向数控中心主轴的磁场辅助超高速激光熔覆系统。
技术介绍
[0002]激光熔覆是以激光束为热源，在基材表面熔覆一层与其具有完全不同成分和性能的合金涂层的表面改性技术，达到局部修复或整体强化基材，以提高使用寿命的目的，具有良好的使用价值。虽然激光熔覆在众多表面工程技术种具有突出的优势，但激光熔覆层内气孔裂纹和成分偏析与组织不均等问题依旧阻碍了技术的大范围工业化应用。
[0003]熔覆层中的气孔问题主要来源于激光熔覆过程中的冷却速度，当冷却速度过快时，液态的熔池存在时间短，熔池底部颗粒聚集，阻碍了气泡向熔池表面运动，使得一部分C与O反应生成的CO和CO2在凝固前来不及溢出，残留在熔覆层形成气孔。熔覆层中的气孔不仅会容易导致热裂纹的产生，也会对熔覆层的耐磨、抗腐蚀以及高温性能产生重要影响。
[0004]同时，激光熔覆即热骤冷的特点，也会导致温度梯度过大，凝固速度过快而元素无法扩散，导致了熔覆层成分偏析以及组织不均匀，产生影响熔覆层质量的残余应力。激光熔覆过程中的以上缺陷很大程度上制约了其在工业上的应用。
[0005]2019年6月27日公布，公开号为CN 110117790 A的专利技术专利“激光熔覆装置”，本专利通过磁场、电场、超声复合辅助激光熔覆加工，在一定程度上解决了现有的激光熔覆装置熔覆层质量不稳定的问题。但由于激光质量不稳定，作用的能量集中，使得熔覆成形过程中仍然不免有很多气孔的产生。>[0006]2020年5月22日公布，公开号为CN 111575702 A的专利技术专利“一种激光熔覆方法及系统”，本专利通过精准定位离焦量、光斑焦点及当前准直气压，得到准确的光斑直径，在一定程度上解决了熔池温度过高的问题，但由于其定位过程较为复杂，导致系统不能满足大规模工业生产及应用的要求。
技术实现思路
[0007]本技术的目的是针对激光熔覆轴类零件过程中出现冷却速度过快导致气孔较多产生，以及温度梯度过大而产生偏析和组织不均匀等问题，提出一种面向数控中心主轴的磁场辅助超高速激光熔覆系统。包括同轴送粉系统、三爪卡盘、进给工作台、环形光斑激光系统、电磁场系统、保护气供给系统和工控机。所述同轴送丝系统包括同轴送粉头和送粉机；所述环形光斑激光系统包括环形光斑激光器、传输光纤、光闸、操作光纤、激光熔覆喷头、机械手；所述电磁场系统包括电磁线圈和工作磁极；所述保护气供给系统包括保护气喷嘴以及保护气瓶。激光熔覆喷头、同轴送丝头沿熔覆方向前后成列布置，同步移动；电磁线圈和工作磁极设置在熔池下方通过进给工作台与激光熔覆喷头同步移动。
[0008]本技术还涉及一种面向数控中心主轴的磁场辅助超高速激光熔覆方法，包括如下步骤：
[0009]步骤1、提供需要熔覆修复的工件。
[0010]步骤2、用三爪卡盘将工件夹紧。
[0011]步骤3、提供激光熔覆系统，激光熔覆系统包括：环形光斑激光系统、同轴送粉系统、自动进给系统、电磁场系统、保护气供给系统和工控机。
[0012]步骤4、激光熔覆喷头、同轴送粉头沿熔覆方向前后成列布置，同步移动；电磁线圈和工作磁极设置在熔池下方通过进给工作台与激光熔覆喷头同步移动。
[0013]步骤5、三爪卡盘开始带动工件做回转运动。
[0014]步骤6、开启激光熔覆系统，开启电磁场系统，使电磁线圈作用工作磁极产生电磁力；同轴喷嘴吹送保护气体；工控机根据轮廓形貌同步调整送粉速度、激光功率和电磁场强度，调控金属熔滴的形态；同轴送粉头倾斜向下推送熔覆粉末。
[0015]步骤7、机械手夹持激光熔覆喷头、同轴送粉头和保护气喷嘴同步沿熔覆区域运动，实施激光熔覆工作。
[0016]步骤8、当机械手运动到熔覆区域的末端时，关闭激光熔覆系统，完成熔覆过程。
[0017]在其中一实施例中，步骤5中，超高速激光熔覆速度为20～50m/min。
[0018]在其中一实施例中，步骤6中，激光熔覆系统中，环形光斑激光器输出环形光斑激光束。
[0019]进一步地，环形光斑激光束的中心光束激光功率为3～5kW。
[0020]进一步地，环形光斑激光束的环形光束激光功率为3～5kW。
[0021]在其中一实施例中，在步骤6中，电磁线圈产生的磁场强度大小为20～50mT。
[0022]在其中一实施例中，在步骤6中送粉头前端与熔覆层上表面距离为h。
[0023]进一步地，h的调节范围为5～15mm。
[0024]相对于现有技术，本技术的有益效果是：
[0025]1.本方案通过环形光斑激光器产生的环形光斑激光束熔覆，环形光斑前沿有预热效果，环形光斑后沿有保温效果，大大降低了超高速激光熔覆过程中熔池的温度梯度以及温度梯度控制的表面张力驱动的对流，从而减少飞溅，提高成形质量。
[0026]2.本方案通过环形光斑激光
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电磁场协同作用，金属熔体在磁场中产生感应电流与磁场相互作用形成电磁力，使得液态熔池产生强制对流，促进了熔体流动及传热传质，能够达到细化晶粒，降低成分偏析与提高性能的目的。
[0027]3.本方案采用同轴送粉环形光斑激光熔覆，大大改善了光粉耦合稳定性和熔覆效率。
附图说明
[0028]图1是本专利技术实施一种面向数控中心主轴的磁场辅助超高速激光熔覆系统所设计的设备与母材布置示意图；
[0029]图2是图1所示方法中熔覆区横截面示意图；
[0030]图中：1、工件 2、进给工作台 3、三爪卡盘 4、工控机 5、环形光斑激光器 6、传输光纤 7、光闸 8、操作光纤 9、激光熔覆喷头 10、环形光斑激光束 11、机械手 12、送粉机 13、同轴送粉头 14、电磁线圈 15、工作磁极 16、保护气瓶 17、保护气喷嘴 18、熔覆层 19熔覆层粉末 20、熔池 21、预热区 22、保温区 23、中心激光束 24、环形激光束。
具体实施方式
[0031]以下将结合附图1
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2以及具体实施例来对本专利技术的技术方案进行详细说明。
[0032]如图1所示，本技术提供一种面向数控中心主轴的磁场辅助超高速激光熔覆系统，包括同轴送粉系统、环形光斑激光系统、三爪卡盘3、进给工作台2、电磁场系统、保护气供给系统和工控机4。所述同轴送丝系统包括同轴送粉头13和送粉机12；所述环形光斑激光系统包括环形光斑激光器5、传输光纤6、光闸7、操作光纤8、激光熔覆喷头9、机械手11；所述电磁场系统包括电磁线圈14和工作磁极15；所述保护气供给系统包括保护气喷嘴17以及保护气瓶16。激光熔覆喷头9、同轴送粉头13沿熔覆方向前后成列布置，同步移动；电磁线圈14和工作磁极15设置在熔池下方并与激光熔覆喷头9同步移动。
[0033]如图1所示，本技术实施例中，还涉及一种面向数控中心主轴的磁场辅助超高速激光熔覆方法，包括如下步骤。
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种面向数控中心主轴的磁场辅助超高速激光熔覆系统，其特征在于：包括同轴送粉系统、环形光斑激光系统、进给工作台、三爪卡盘、电磁场系统、保护气供给系统和工控机；所述同轴送粉系统包括同轴送粉头和送粉机；所述环形光斑激光系统包括环形光斑激光器、传输光纤、光闸、操作光纤、激光熔覆喷头、机械手；环形光斑激光器输出环形光斑激光束；所述电磁场系统包括电磁线圈和工作磁极；所述保护气供给系统包括保护气喷嘴以及保护气瓶；激光熔覆喷头、同轴送丝头沿熔覆方向前后成列布置，同步移动；电磁线圈和工作磁极设置在熔池下方并与激光熔覆喷头同步移动。2.如权利要求1所述的一种面向数控中心...
【专利技术属性】
技术研发人员：申晓龙，楚雪平，张明军，
申请(专利权)人：湖南工业职业技术学院，
类型：新型
国别省市：
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