超高速激光熔覆的組成及其特點
超高速激光熔覆設(shè)備其主要由光纖激光發(fā)光器、送粉器、激光熔覆頭、氣體供應(yīng)系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、工業(yè)機(jī)器人及高精度高速機(jī)床組成。光纖激光發(fā)生器為熔覆過程輸出穩(wěn)定的激光,提供所需熱量;送粉器控制粉末均勻輸送至激光熔覆熔池區(qū)域,提供填充材料;激光熔覆頭是整套裝備的核心部件部分,整合由光纖激光器輸入的激光和送粉器供給的粉末從而實現(xiàn)激光與粉末同軸輸出。氣體供應(yīng)系統(tǒng)為送粉提供動力,保證粉末連續(xù)穩(wěn)定送進(jìn),以及為激光熔覆頭光路系統(tǒng)提供保護(hù)氣體,防止粉塵污染組合鏡片導(dǎo)致激光能量輸入受影響。工業(yè)機(jī)器人可搭載激光熔覆頭在空間自由移動,通過數(shù)控編程技術(shù)控制機(jī)器人,可提高激光熔覆的加工精度和柔性,滿足復(fù)雜平面加工的需求。高精度高速機(jī)床可夾持加工零件在空間位移,在數(shù)控編程系統(tǒng)的控制下,實現(xiàn)工件高速運動和位置變換。
超高速激光熔覆兩大突出技術(shù)特點為高效率和高精度,主要依靠整套熔覆設(shè)備的運動機(jī)構(gòu)保證。一方面,采用數(shù)控機(jī)床作為工件移動機(jī)構(gòu),可以保證工件與熱源之間能夠高速移動,從而獲得較高的加工效率。另一個方面,激光束流的可達(dá)性和方向性好,從而保證了加工的精度。但是激光熔覆熱量輻射對于距離的變化非常敏感,激光熔覆頭到工件表面的距離變化直接決定了所制備涂層的質(zhì)量。尤其熔覆復(fù)雜曲面時,雖然普通數(shù)控機(jī)床的控制精度可以滿足加工精度的需求,但數(shù)控機(jī)床的編程操作不夠便利。為了進(jìn)一步簡化編程控制,可以采用編程數(shù)控機(jī)器人作為激光熔覆頭移動機(jī)構(gòu),從而實現(xiàn)柔性加工,提高加工精度,保證復(fù)雜工件涂層制備的質(zhì)量。
傳統(tǒng)激光熔覆,由于加工過程中大部分熱量被基體吸收而損失,同時加工速度較慢,容易導(dǎo)致粒子熔化不充分和氣孔夾雜等加工缺陷。因此,在激光加工完成后一般需要對涂層進(jìn)行激光重熔,以便消除涂層內(nèi)部產(chǎn)生的缺陷。
超高速激光熔覆熱量利用率高,制備的涂層內(nèi)部幾乎無孔洞、裂紋等缺陷,且表面光潔度好。因此,采用超高速激光熔覆技術(shù)制備的涂層可以直接進(jìn)行后續(xù)磨拋精加工,不必采用粗加工處理,材料利用率高,加工成本低,能夠滿足高端裝備表面強(qiáng)化和功能化等眾多需求,適合工程化推廣應(yīng)用。
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