[发明专利]一种双光束超高速激光熔覆头及其熔覆方法

说明书

本发明公开了一种双光束超高速激光熔覆头及其熔覆方法，包括主光束分光装置，主光束分光装置分出的两束激光分别通过光路系统与第一子熔覆头和第二子熔覆头光路连接，第一子熔覆头和第二子熔覆头具有单独的光束、粉路和保护气路和独立调节的光斑大小及离焦量，第一子熔覆头用来熔覆钢粉末，形成钢层；第二子熔覆头用来熔覆陶瓷粉末，形成陶瓷层。本发明通过在熔覆过程中两个子熔覆头同时熔覆成形，分别熔覆钢粉末和陶瓷粉末，并分别形成陶瓷层和钢层，最终形成钢层和陶瓷层相互交替的层状结构钢结硬质合金，相对于传统的钢结硬质合金熔覆层，抗开裂性能和强韧性得到明显提升。

技术领域

本发明涉及机械制造领域，更具体地说，本发明涉及一种双光束超高速激光熔覆头及其熔覆方法。

背景技术

钢结硬质合金是以钢为粘结相，以TiC及WC等硬质陶瓷颗粒以及它们的复合相为强化相的复合材料，具备钢和硬质合金的综合优异性能，广泛用于制备多种重型重载关键耐磨件的表面材料层及损伤修复层。其用途涉及轨道交通、航空航天及石油化工等多个领域。钢结硬质合金凭借优异的综合性能和较低的成本，成为重型装备业的重要支撑材料之一

激光熔覆技术由于具备稀释率低、能量密度集中等独有的技术优势，广泛应用于钢结硬质合金材料层的制备中，逐渐成为钢结硬质合金材料层制备的主流技术之一。然而，在激光熔覆制备钢结硬质合金材料层过程中，却长期面临材料层易开裂的难题。通过常规的辅助加热、外场辅助以及梯度材料设计等方法很难解决上述开裂难题。上述问题是目前激光熔覆制备钢结硬质合金过程中的重大技术难题，也是长时间限制激光熔覆钢结硬质合金技术在工业领域应用的主要因素之一。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，解决钢结硬质合金激光熔覆过程中的开裂问题，本发明提出并设计一种双光束超高速激光熔覆头以及熔覆方法，利用层状钢结硬质合金的层状交替结构实现熔覆层的止裂增韧。

为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案为：一种双光束超高速激光熔覆头，包括主光束分光装置，所述主光束分光装置分出的两束激光分别通过光路系统与第一子熔覆头和第二子熔覆头光路连接，所述第一子熔覆头和所述第二子熔覆头具有单独的光束、粉路和保护气路，所述第一子熔覆头和所述第二子熔覆头具有独立调节的光斑大小及离焦量，所述第一子熔覆头和所述第二子熔覆头发出的两束光之间的轴线间距可调节，所述第一子熔覆头用来熔覆钢粉末，形成钢层；所述第二子熔覆头用来熔覆陶瓷粉末，形成陶瓷层。

上述方案中，所述主光束分光装置发出的两束激光的功率范围均为0-4000W。

本发明还提供了一种双光束超高速激光熔覆头进行激光熔覆的方法，包括如下步骤：S1：将第一子熔覆头和第二子熔覆头置于基体上方，分别调整好第一子熔覆头和第二子熔覆头各自的光束、粉路和保护气路；S2：启动主光束分光装置，分别调整第一子熔覆头和第二子熔覆头的光斑大小及离焦量，以及两束光之间的轴线间距；S3：第一子熔覆头和第二子熔覆头同时开始动作，熔覆过程中第一子熔覆头用来熔覆钢粉末，形成钢层；所述第二子熔覆头用来熔覆陶瓷粉末，形成陶瓷层；最终形成钢层和陶瓷层相互交替的层状结构钢结硬质合金。

上述方案中，步骤S3中，获得的层状钢结硬质合金的每种材料层的单层厚度不超过300μm。

上述方案中，步骤S3中，制备单层熔覆层厚度在0.3μm以内的钢层和陶瓷层，形成每层熔覆层相互交替的层状结构。

上述方案中，第一子熔覆头和第二子熔覆头的光斑大小调节范围为1-2mm，两束光斑在垂直熔覆层方向上的可调距离为0-20mm，在平行于熔覆层方向上的可调距离为30-80mm。

本发明的优点是：本发明通过设计双光束激光熔覆头，并利用该熔覆头制备出钢层和陶瓷层相互交替的层状结构钢结硬质合金层，利用层状结构的增韧特性来抑制钢结硬质合金激光熔覆层的开裂，实现熔覆层的止裂增韧效果。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图。