【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及激光熔覆，具体地说，涉及一种强力旋压高速激光熔覆宽涂层的制备方法及装置。
技术介绍
1、在煤矿开采中，液压支架是煤矿工作面的主要支护设备，其中立柱是承载顶板压力的主要部件，工作时往复运动，其寿命决定整个液压支架的使用可靠性。液压支架立柱中缸、外缸和活柱配合工作，加工精度与防腐要求高，需要特殊处理。由于井下环境潮湿、充满腐蚀性介质及粉尘较多，立柱工作面容易出现划伤、点蚀、磨损等现象，导致零件失效。为了延长液压支架的工作寿命，常采用先进的表面处理技术对核心部件立柱进行表面改性，降低设备故障率。
2、激光熔覆技术是利用高能激光束为热源，通过冶金结合将高性能合金材料熔覆在基体表面，具有快速升温和冷却的特点，制备出的涂层冶金结合性强、晶粒细小及结构致密，可有效提高基体的表面性能。然而，传统激光熔覆效率低，在基材上产生的热影响区大和热变形严重等问题，使激光熔覆技术的应用受到一定限制。高速激光熔覆在提高激光能量密度的同时，调整了激光、粉末和熔池的汇聚位置，使粉末在熔池上方被激光照射熔化后进入熔池，导致沉积速率显著提升，且改善了激光能量分布，基体的热损伤较小。高速激光熔覆因具有效率高、稀释率低、界面结合力强及对基体影响小等优点，开始在液压支架立柱、千斤顶制造中广泛应用。郑煤机智鼎液压有限公司公开了一种液压支架用杆柱类工件高速激光熔覆加工方法，他对杆柱类工件进行高速激光熔覆，然后采用抛光获得所要求的成品精度。中煤北京煤矿机械有限责任公司公开了一种用于液压支架杆类零件的双层粉末高速激光熔覆方法，专利采用双层高速激光熔覆层，
3、然而，为了达到较大的厚度和高平整度表面，高速激光熔覆的搭接率较高，一般为60％-80％。对于多道搭接熔覆过程，由于每道熔覆层之间的相互影响，容易出现开裂。高速激光熔覆是通过逐层堆积增材实现表面熔覆，熔覆层表面需要进行后续的机加工才能使用。当前工业上主要采用铣削、磨削、滚压等工艺进行后续加工，以获得精度较高的表面。然而，车削、铣削和磨削等硬加工技术无法改善熔覆层的应力状态和孔隙率，且高硬度熔覆层加工难度大，易在熔覆层形成表面轮廓及裂纹等缺陷，不利于提高零部件的抗疲劳性能。通过滚压加工进行表面强化时，须先采用车削或铣削控制表面粗糙度，确保滚压加工效果。后处理工艺可提高熔覆层的表面质量，但过大的熔覆层去除量增加了生产成本，过长的工艺链又降低了生产效率。综上，国内外高速激光熔覆技术在液压支架上得到快速发展，但仍存在一些问题，如高速激光单道熔覆搭接率高，易发生开裂，后续加工困难等。
4、为解决上述存在的问题，提出一种强力旋压高速激光熔覆宽涂层的制备方法及装置，解决了单道高速激光熔覆搭接率过高导致的开裂及后续加工难问题；为液压支架立柱表面改性提供了行之有效的解决方案。其结构包括宽带激光熔覆头、强力旋压装置、超声波清洗装置及去应力回火装置等。设备适应性强，适合不同规格的立柱表面激光熔覆；集表面熔覆、后处理加工于一体，大幅度提高表面熔覆层质量和表面精度，为耐磨耐腐蚀立柱的制造提供技术支持。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于为了降低立柱高速激光熔覆过程中熔覆层开裂倾向，并提升后续加工精度，本专利技术提出并设计了一种强力旋压高速激光熔覆宽涂层的制备方法及装置，利用宽带激光束降低搭接率以降低熔覆层开裂倾向；采用强力旋压成形提升后续加工精度。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种强力旋压高速激光熔覆宽涂层的制备方法，包括如下步骤：步骤一：按照立柱设计图纸的基本尺寸加工零件，并将待熔覆表面的直径尺寸适量减小；步骤二：用三爪内卡盘张紧立柱坯料两端，将立柱坯料(2)固定在基座(1)上；步骤三：升高置于立柱坯料(2)正下方的超声波清洗槽(8)，使立柱坯料(2)慢慢浸入超声波清洗槽(8)内的清水中，直至立柱坯料(2)直径的1/3高度；步骤四：启动第一超声波发生器(71)，对立柱坯料(2)表面进行超声清洗；经过20分钟后，启动基座(1)带动立柱坯料(2)旋转120°，继续清洗20分钟，然后再次旋转120°，清洗20分钟，完成整个立柱坯料表面超声波清洗，最后降低超声波清洗槽(8)；步骤五：启动机械臂(5)和激光熔覆系统(3)，进行熔覆作业，直至作业结束；步骤六：在实施步骤五的同时，调整旋轮(4)的位置和方向，根据尺寸精度要求，控制适当的减薄量，完成强力旋压工艺；步骤七：强力旋压后的立柱坯料(2)放入加热炉，加热至预定温度并保温一定时间后随炉冷却，完成去应力退火；
4、本专利技术还提供一种用于上述激光熔覆宽涂层制备方法的激光熔覆装置，包括基座(1)，立柱坯料(2)两端通过三爪内卡盘与基座(1)相连；立柱坯料(2)上方设有机械臂(5)，机械臂(5)上安装有激光熔覆系统(3)和旋轮(4)；立柱坯料(2)的下方设有超声波清洗槽(8)，超声波清洗槽(8)内置有三块超声波振板，超声波振板包括超声波后侧振板(811)和超声波前侧振板(812)及超声波底振板(82)；超声波后侧振板(811)和超声波前侧振板(812)分别与第一超声波发生器(71)相连，超声波底振板(82)与第二超声波发生器(72)相连；
5、优选的，机械臂(5)通过导轨(6)沿基座(1)轴线方向移动，机械臂(5)上设置的激光熔覆头(32)可沿垂直于基座(1)轴线方向上下移动，旋轮(4)可沿垂直于基座(1)轴线方向上下移动。
6、优选的，激光导向系统(31)采用透射式宽带积分镜(314)将圆形激光光斑转换成矩形光斑(315)，功率为0-12.0kw，光斑呈长条形，尺寸最大为：长12.0mm×2.0mm。
7、优选的，第一超声波发生器(71)和第二超声波发生器(72)的频率均选用40±5khz，第一超声波发生器(71)功率为1.8kw，第二超声波发生器(72)的功率为2.1kw。
8、优选的，超声波清洗槽(8)内有一块超声波底振板(82)和二块超声波侧振板，超声波底振板(82)的尺寸为：长4000mm×宽400mm×高80mm，置于超声波清洗槽(8)底部中央，功率为1500w；超声波后侧振板(811)和超声波前侧振板(812)的尺寸为：长4000m×宽400mm×厚80mm，他们的下边缘距离超声波清洗槽(8)底部80mm，上边缘距离水面80mm，单块功率为900w。
9、优选的，旋轮(4)工作角为20°，退出角为30°，旋轮(4)的直径为150.0mm，旋轮(4)的轴线平行于基座(1)的轴线。
10、优选的，步骤六中适当的一道旋压减薄量不超过0.3mm。
11、优选的，步骤七中预定温度为350℃，保温时间为2小时。
12、本专利技术相对于现有技术，具有以下有益效果：
13、本专利技术通过采用透射式宽带积分镜将激光圆形光斑转换成矩形光斑，提高了单道涂层的宽度，降低了激光涂层的搭接率，有效抑制了激光涂层的开裂倾向；利用在线强力旋压工艺，大幅度提升表面精度和性能的同时，降低了生产成本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种强力旋压高速激光熔覆宽涂层的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种强力旋压高速激光熔覆宽涂层的制备方法及装置，其特征在于：所述步骤一中将待熔覆表面的直径尺寸适量减小，减小量控制在0.5±0.1mm范围内。
3.根据权利要求2所述的一种强力旋压高速激光熔覆宽涂层的制备方法及装置，其特征在于：所述步骤三中的超声波清洗槽(8)内有二块超声波侧振板和一块超声波底振板。
4.根据权利要求3所述的一种强力旋压高速激光熔覆宽涂层的制备方法及装置，其特征在于：所述超声波侧振板连接的第一超声波发生器(71)功率为2.1kW，超声波底振板(82)连接的第二超声波发生器(72)功率为1.8kW。
5.根据权利要求4所述的一种强力旋压高速激光熔覆宽涂层的制备方法及装置，其特征在于：所述激光导向系统(31)采用透射式宽带积分镜(314)将圆形激光光斑转换成矩形光斑(315)，使激光能量密度均匀，激光涂层(9)中热应力分布均匀，降低激光涂层(9)的开裂敏感性。
6.根据权利要求5所述的一种强力旋压高速激光熔
7.根据权利要求6所述的一种强力旋压高速激光熔覆宽涂层的制备方法及装置，其特征在于：所述步骤六中适当的单道旋压减薄量不超过0.3mm。
8.根据权利要求7所述的一种强力旋压高速激光熔覆宽涂层的制备方法及装置，其特征在于：所述步骤七中预定温度为350℃，保温时间为2小时。
...【技术特征摘要】
1.一种强力旋压高速激光熔覆宽涂层的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种强力旋压高速激光熔覆宽涂层的制备方法及装置，其特征在于：所述步骤一中将待熔覆表面的直径尺寸适量减小，减小量控制在0.5±0.1mm范围内。
3.根据权利要求2所述的一种强力旋压高速激光熔覆宽涂层的制备方法及装置，其特征在于：所述步骤三中的超声波清洗槽(8)内有二块超声波侧振板和一块超声波底振板。
4.根据权利要求3所述的一种强力旋压高速激光熔覆宽涂层的制备方法及装置，其特征在于：所述超声波侧振板连接的第一超声波发生器(71)功率为2.1kw，超声波底振板(82)连接的第二超声波发生器(72)功率为1.8kw。
5.根据权利要求4所述的一种强力旋压高速激...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈水生，段九一，郭现生，杨征，薜晓强，郭钏，张晓彤，黄建丰，张锦波，杨柳华，刘朕中，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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