[发明专利]一种激光-冷喷涂复合远程高速激光熔覆方法

说明书

本发明提供一种激光‑冷喷涂复合远程高速激光熔覆方法，包括以下步骤：步骤1，提供待修复工件；步骤2，提供远程高速激光熔覆系统；步骤3，提供冷喷涂系统；步骤4，提供加工辅助系统；步骤5，启动加工辅助系统，将待修复工件固定在夹具平台上，开启粉末收集系统和集尘系统；步骤6，启动冷喷涂系统，开启高压气体源和送粉器，超音速喷嘴喷发金属粉末，沉积在待修复工件，未沉积金属粉末被粉末收集喷嘴吸除，获得冷喷涂层；步骤7，启动远程高速激光熔覆系统，激光熔覆头输出聚焦激光束，垂直作用于冷喷涂层，获得高速激光熔覆层；步骤8，将待修复工件在二维运动平台的驱动下实现平面高速移动，实现激光‑冷喷涂复合远程高速激光熔覆。

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，具体地为一种激光-冷喷涂复合远程高速激光熔覆方法。

背景技术

冷喷涂技术是一种基于气体动力学原理而研发出的表面工程和增材制造技术。冷喷涂技术利用经过加热的高压气体(通常达1.5Mpa以上)，混合微米级的金属或金属混合物粉末，通过经特殊设计的Laval喷嘴，将混合的载流气体加速到音速或超过音速(达到其沉积的临界速度)，同时其温度保持在相应金属熔点以下，具有极大动能的材料颗粒冲击基体，在颗粒与基体产生塑性变形，进而发生沉积，实现将金属或其混合物颗粒沉积到基体表面，形成具有特殊功能的涂层。冷喷涂时，通常需要通过提高粒子的撞击速度、提升界面塑性变形程度的方式来提高沉积体的结合强度。但仅有采用昂贵的氦气作为加速气体时才能显著提高粒子的撞击速度，在大多数工程背景下不具备经济推广性。另一方面，冷喷涂过程中，对于金属材料温度越高，材料越软，越容易发生塑性变形，但由于粉末粒子会被气体加热到一定程度，而基材通常为冷态，因此，粒子高速撞击基材时，粒子的塑性应变往往比基材更大，界面塑性变形不一致，结合强度难以大幅度提高。

激光熔覆沉积是一种基于快速原型制造基本原理的增材制造技术，以金属粉末为原材料，采用高能量的激光作为能量源，按照预定的扫描路径，将同步送给的金属粉末进行逐层熔化，快速凝固和逐层沉积，从而实现金属零件的直接制造的技术。但由于其特殊的冶金过程，涉及材料、结构、多种物理场和化学场的多因素、多层次和跨尺度耦合的极端复杂系统，所得零件的组织容易产生柱状晶显著、组织的不均匀以及母材稀释率高、激光熔覆过程中激光熔覆头过热造成熔覆加工过程中断以及熔覆层性能差等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种激光-冷喷涂复合远程高速激光熔覆方法。

本发明所要解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种激光-冷喷涂复合远程高速激光熔覆方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1，提供待修复工件；

步骤2，提供远程高速激光熔覆系统，所述远程高速激光熔覆系统包括激光器、传输光纤、激光熔覆头；

步骤3，提供冷喷涂系统，所述冷喷涂系统包括超音速喷嘴、送粉器和高压气体源；

步骤4，提供加工辅助系统，所述加工辅助系统包括工作腔、夹具平台、旁轴吹气喷嘴、粉末收集系统、集尘系统；所述夹具平台包括夹具、工作台和二维运动平台；所述粉末收集系统包括粉末收集喷嘴、第一负压泵；集尘系统包括集尘喷嘴和第二负压泵；

步骤5，启动加工辅助系统，将待修复工件固定在夹具平台上，同时开启粉末收集系统和集尘系统；

步骤6，启动冷喷涂系统，并开启高压气体源和送粉器，然后超音速喷嘴喷发金属粉末，并沉积在待修复工件，未沉积金属粉末被粉末收集喷嘴吸除，获得冷喷涂层；

步骤7，启动远程高速激光熔覆系统，开启激光器，激光熔覆头输出聚焦激光束，垂直作用于冷喷涂层，获得高速激光熔覆层；

步骤8，将待修复工件在二维运动平台的驱动下实现平面高速移动，实现激光-冷喷涂复合远程高速激光熔覆。

进一步地，所述激光器为高亮度抗高反光纤激光器。