[发明专利]一种超高速激光熔覆系统

说明书

本发明属于激光加工领域，具体为一种超高速激光熔覆系统。该系统的特征在于，利用工件的高速旋转，获得超高速激光熔覆线速度，通过激光与粉末的相互作用，系统参数的调整搭配，在工件表面形成致密的熔覆层。本发明较传统激光熔覆效率提高数十倍，且获得的熔覆层是完全的冶金结合，表面光洁度高，材料利用率高，能源消耗少，可以极大的节省生产成本，提高生产效率。

技术领域

本发明涉及一种超高速激光熔覆系统和方法，属于激光加工领域。

背景技术

在工程机械领域，许多轴类金属构件对表面有耐蚀、耐磨性等要求，需要进行特殊处理，常见的处理系统有以下几类。

一、电镀技术，这种技术镀层薄，一般不超过100μm，因此在特殊工况条件下很容易由于局部镀层受损导致整个零件失效。且镀层与基体结合力弱，一般不超过100MPa，耐腐蚀性差，容易剥落。还造成严重的资源浪费和环境污染，是迫切需要疏解的产业。

二、热喷涂技术，这种技术涂层与基体之间是机械结合，结合力弱，一般为100~200MPa，容易剥落。由于热喷涂制备的涂层气孔较多，必须采用多层沉积方式制备(每层大约 25-50 μm厚)，导致加工效率降低。且加工过程粉末材料与气体消耗较大，材料利用率最大只有50%左右。

三、堆焊技术，这种技术的涂层一般都比较厚（约2~3mm），但零件需要预热，热输入量大，热影响区大，造成零件较大变形，机械性能下降。

四、激光熔覆技术，参见图2，这种传统技术具有结合强度高，热数量小，变形小等优点，且可以通过调整粉末成分获得所需熔覆层性能，因此在诸多行业中开始实现应用，但是该技术加工效率较低，熔覆速率一般为0.5~3m/min，粉末利用率低，一般50%左右，并且激光能量聚焦在基体材料上，通过熔化基体材料来掺入和结合粉末，这使得激光能量利用效率和熔覆速率低，粉末与基体材料结合时仍为固态颗粒，成品表面平滑度差。由于其效率低下、成本高，限制了其大规模产业化应用，也是目前亟待解决的瓶颈问题。

发明内容

本发明目的在于，提供一种超高速激光熔覆系统，以实现短时间内完成大面积涂层的快速制备，在满足零件使用要求的同时，极大的提高工作效率。同时，能耗低和材料利用率高，节省了生产成本。需要说明的是，本发明中的超高速是相对于现有的激光熔覆速度而言的，该超高速具体是指激光扫描线速度大于等于25m/min。

根据本发明一方面，本发明公开了一种超高速激光熔覆系统，具体一种超高速激光熔覆系统，其特征在于，该系统包括：

超高速激光熔覆加工机床，用于通过卡盘夹紧工装件；

可调节超高速激光熔覆头；

送粉头；

控制单元，其与所述机床、可调节超高速激光熔覆头和送粉头连接；以及

参数存储单元，其与控制单元连接，用于存储机床、可调节超高速激光熔覆头和送粉头的工作参数；

其中，控制单元根据参数存储单元存储的参数控制可调节激光熔覆头的激光离焦量为1~2mm，光斑尺寸Φ1.0~Φ1.5mm，调节机床X轴（工件径向）使送粉头距离工件表面10~13mm，粉末聚焦点距离工件表面0.2~2mm，粉斑尺寸为Φ0.5~1mm。

根据本发明另一方面，控制单元控制送粉头的送粉量为15~45 g/min。

根据本发明另一方面，所述可调节超高速激光熔覆头的激光输出功率为0.8~3kW，表面恒定激光扫描线速度为25~200m/min，激光熔覆头沿Z方向（工件轴向）每转进给距离0.2~1mm。

根据本发明另一方面，提供了一种超高速激光熔覆系统，其特征在于包括：