一种基于脉冲式送粉的激光熔覆方法及激光熔覆头

本发明涉及复合场激光熔覆领域，尤其涉及一种基于脉冲式送粉的激光熔覆方法及激光熔覆头。

背景技术：

1、在复合场激光熔覆领域，通过在激光熔覆中增加其他场来使激光熔覆有更高效的表现。

2、超声振动的高频低幅振动可影响熔覆层凝固微观组织，有效减少微观缺陷，细化熔覆层组织结构，促进结晶凝固形核，改变枝晶择优取向，且振动不影响主枝晶臂的生长速度，对主枝晶臂宽度、二次枝晶臂的形成、生长速度和竞争生长影响明显。超声振幅越大、枝晶臂越茂盛，竞争生长越明显，可间接减少熔覆层的气孔、裂纹，超声振幅为6～8μm时优化效果最佳。

3、超声场复合激光熔覆有两种常见方式，即丝导超声或者对整体工件加上超声场，前者送丝对比于送粉来说，送丝的精度和稳定性更差，且送粉的方式可以加工的零件表面比送丝的方式更自由；对于后者而言工件比较大，要实现足够的振幅，需要很高的功率。实际上只有熔池部分需要超声振动。改成脉冲粉末的方式直接将振动施加到熔池部分，降低能耗也能避免长时间的超声振动对工件的影响。其次，在超声复合场中，并不只会有超声场的存在，对于其他由于外加超声场产生的场来说，其对激光熔覆的影响均为未知，且此状态下进行激光熔覆效果并不稳定。

4、因此，现有技术需要开发一种不用外加其他场的方法来进行激光熔覆，并且需要利用激光熔覆设备来进行优化激光熔覆的基于脉冲式送粉的激光熔覆方法。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提出了一种基于脉冲式送粉的激光熔覆方法及激光熔覆头，该方法和设备通过脉冲的送粉方式对熔池施加周期性的冲击力，可以有效的优化激光熔覆，实现超声细化的效果。同时不会因为外加的场使得激光熔覆变得不稳定，为后续优化激光熔覆提供了一种新思路。

2、本发明所述的基于脉冲式送粉的激光熔覆方法，其特征在于，包括以下步骤：

3、步骤1、夹持待需要加工的工件并进行预处理；

4、步骤2、根据被加工的工件的材料属性调整送粉的频率和数量：

5、根据需要附加的振动调整送粉频率、送粉量和载粉气流量。其中送粉频率需和熔池振动的固有频率相耦合，送粉量与载粉气流量根据实际情况控制；

6、步骤3、采用步骤2确定的送粉频率和数量进行送粉，对被加工的工件进行激光熔覆；

7、步骤4、检查熔覆后工件的形貌是否符合标准(如利用手动测量或三维扫描检查增材量是否符合要求)，若符合要求则加工结束，若不符合要求则返回步骤2，重新调整送粉的频率和数量。

8、进一步，预处理指的是将需要加工的工件采用数控铣或者线切割加工方法对损伤部位加工规则，同时去除内部损伤的区域，并且在切除之后进行清洗。

9、本发明所述的一种激光熔覆头，其特征在于：包括喷头本体、光纤设备以及粉末振荡器；

10、所述喷头本体内设有激光通路、送粉通路和振荡通路，所述的激光通路开设在喷头本体的中央，所述的送粉通路开设在中央通道周围，所述的激光通路、所述的送粉通路皆上下贯通所述的喷头本体；所述的振荡通路设置于的送粉通路的侧面，一端与送粉通路连通、另一端与喷头本体的外侧壁连通；

11、所述的光纤设备设置于喷头本体顶部，所述的光纤设备的中央设有与所述激光通路同轴的激光通道，激光通道的上端与光纤设备的顶部连通形成光纤入口、下端与激光通路连通；

12、所述的粉末振荡器包括气缸、活塞、进气泵和出气泵，所述的气缸安装于振荡通路中；活塞的末端密封且可滑动地穿设于气缸中，活塞的前端活动插接于送粉通路中，并沿振荡通路轴向伸缩；进气泵、出气泵分别通过气体管路与气缸的进气口、出气口相连通。

13、进一步，所述的振荡通路与送粉通路的连接处设有橡胶模。

14、本发明所述的一种熔覆设备，其特征在于：包括本发明所述的脉冲送粉式激光熔覆头。

15、本发明的有益效果是:本方案利用超声场辅助激光熔覆原理，设计了一种粉末振荡器，通过调整送粉频率和送粉量来代替超声场以达到类似细化晶粒优化激光熔覆的效果，从而提高激光熔覆质量，优化激光熔覆的产品。另外减少了不可控因素，对比超声场辅助激光熔覆降低了成本，同时可以具有更高的熔覆精度和更自由的熔覆方式。

技术特征：

1.一种基于脉冲式送粉的激光熔覆方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的基于脉冲式送粉的激光熔覆方法，其特征在于：预处理指的是将需要加工的工件采用数控铣或者线切割加工方法对损伤部位加工规则，同时去除内部损伤的区域，并且在切除之后进行清洗。

3.根据权利要求1或2构建的激光熔覆头，其特征在于：包括喷头本体(1)、光纤设备(2)以及粉末振荡器(3)；

4.如权利要求3所述的激光熔覆头，其特征在于：所述的振荡通路(13)与送粉通路(12)的连接处设有橡胶模(14)。

技术总结
本发明公开了一种基于脉冲式送粉的激光熔覆方法，包括：步骤1、夹持待需要加工的工件并进行预处理；步骤2、根据被加工的工件的材料属性调整送粉的频率和数量；步骤3、采用步骤2确定的送粉频率和数量进行送粉，对被加工的工件进行激光熔覆；步骤4、检查熔覆后工件的形貌是否符合标准，若符合要求则加工结束，若不符合要求则返回步骤2，重新调整送粉的频率和数量；还公开了一种激光熔覆头。本发明的有益效果是：对熔池施加周期性的冲击力，可以有效的优化激光熔覆，实现超声细化的效果。

技术研发人员：杨高林,郑权航,姚建华,姚喆赫,张群莉,吴国龙
受保护的技术使用者：浙江工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13