一种具有气体保护装置的激光熔覆装置

技术领域

本发明属于激光熔覆技术领域，具体而言涉及一种激光熔覆装置。

背景技术

激光熔覆（亦称激光熔敷或激光包覆），是一种新的表面改性技术。它通过在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之与基材表面薄层一起熔凝的方法，在基层表面形成冶金结合的添料熔覆层。

激光熔覆特点：熔覆层稀释度低但结合力强，与基体呈冶金结合，可显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化或电气特性，从而达到表面改性或修复的目的，满足材料表面特定性能要求的同时可节约大量的材料成本。与堆焊、热喷涂、电镀等传统表面处理技术相比，它具有诸多优点，如适用的材料体系广泛、熔覆层稀释率可控、熔覆层与基体为冶金结合、基体热变形小、工艺易于实现自动化等。

从当前激光熔覆的应用情况来看，其主要应用于三个方面：1、对材料的表面改性，如燃汽轮机叶片，轧辊，齿轮等。2、对产品的表面修复，如转子，模具等。3、激光增材制造，通过同步送粉或送丝的方式，进行逐层的激光熔覆，进而获得具有三维结构的零部件。自20世纪80年代以来，激光熔覆技术得到了国内外的广泛重视，并已在诸多工业领域获得应用

激光熔覆按熔覆材料的供给方式大概可分为两大类，即预置式激光熔覆和同步式激光熔覆。所涉及的熔覆材料主要有钛合金、铜合金、颗粒型金属基复合材料等等。为了防止合金材料激光熔覆时发生氧化（钛合金熔覆材料温度在400度就开始熔化），导致力学性能下降，需要在熔覆过程中提供惰性气体加以保护。

发明内容

为克服现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种具有气体保护装置的激光熔覆装置，该气体保护装置可以将保护气体直接引入熔覆层表面，防止熔覆层产生氧化，影响性能。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种具有气体保护装置的激光熔覆装置，包括由支架、支架外罩和光学组件构成的多光束激光产生装置，所述多光束激光产生装置下方固连一导柱，所述导柱连接一支撑架，所述支撑架连接一熔覆喷嘴；所述支撑架上成圆周布置均匀开设有多个多光束通孔，所述多光束通孔上密封设置有透光镜片，所述支撑架上固定有第一气罩，所述第一气罩与所述支撑架之间形成一光束空腔，所述第一气罩的底部为第一通孔；所述第一气罩外套设有第二气罩，所述第二气罩与所述第一气罩之间形成第二保护气体空腔，所述第一气罩的外圈面板上布置有一圈第二气嘴，所述第二气嘴连通所述第二保护气体空腔，所述第二气罩的底部为第二通孔；所述第二气罩外套设有第三气罩，所述第三气罩与所述第二气罩之间形成第三保护气体空腔，所述第二气罩外圈面板上布置有一圈第三气嘴，所述第三气嘴连通所述第三保护气体空腔，所述第三气罩的底部为第三通孔；所述熔覆喷嘴位于所述光束空腔内，所述熔覆喷嘴的嘴端部伸出所述第一通孔且悬在所述第一通孔中间，所述第一气罩的底部悬在所述第二通孔中间，所述第二气罩的底部悬在所述第三通孔中间。

进一步的，所述支撑架上成圆周布置均匀开设有多个第一气嘴，所述第一气嘴连通所述光束空腔。所述光束空腔与所述第一气嘴构成了第一保护气体空腔。

进一步的，所述导柱上开设有导柱熔覆材料通道，所述导柱熔覆材料通道的出口位于所述导柱的中轴线上，所述支撑架上开设有支撑架熔覆材料通道，所述支撑架熔覆材料通道位于所述支撑架的中心位置，所述熔覆喷嘴上开设有熔覆喷嘴熔覆材料通道，所述熔覆喷嘴熔覆材料通道处于所述熔覆喷嘴的中轴线上；所述导柱熔覆材料通道、所述支撑架熔覆材料通道和熔覆喷嘴熔覆材料通道依次贯通。

进一步的，所述支架外罩上开设有熔覆材料导入孔，所述支架上开设有熔覆材料通孔，所述熔覆材料导入孔、熔覆材料通孔和所述导柱熔覆材料通道依次贯通。

本发明的工作原理如下：

入射激光由多光束激光产生装置产生多光束后，射向透光镜片，穿过光束空腔，最终形成光斑环绕在熔覆喷嘴下方的工件上，形成熔覆区；熔覆材料沿着熔覆材料导入孔、熔覆材料通孔、导柱熔覆材料通道、支撑架熔覆材料通道和熔覆喷嘴熔覆材料通道输送至熔覆区；保护气体分别从第一、第二和第三气嘴进入至第一、第二和第三保护气体空腔，然后分别从第一、第二和第三通孔射出，覆盖至熔覆区及热影响区等，防治熔覆层及工件的氧化，起到保护作用。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明的熔覆装置可以将保护气体直接引入熔覆层表面，防止熔覆层产生氧化影响性能。

2、本发明的气体保护装置的激光熔覆装置在进行多道熔覆层熔覆时，可根据熔覆层面积、氧化区温度场的大小，判断开启第一道保护气体通道、第二道保护气体通道和第三道保护气体通道中的任意一道保护气体通道或多道保护气体通道。

附图说明

图1为本发明的具有气体保护装置的激光熔覆装置的立体俯视图。

图2为本发明的具有气体保护装置的激光熔覆装置的立体仰视图。

图3为本发明的具有气体保护装置的激光熔覆装置的一实施例的剖视图。

图4为本发明的一实施例的气罩机构的结构示意图。

图5为图4中揭示的实施例的剖视图。

图6为本发明的导柱、支撑架及熔覆喷嘴的俯视图。

图7为本发明的具有气体保护装置的多道熔覆层实施例的剖视图。

图8为本发明的具有气体保护装置的激光熔覆装置的另一实施例的结构示意图。

图9为图8中揭示的实施例的混合罩的放大示意图；其中，图a和图b分别为两个视角的视图。

图10为图8中揭示的实施例的剖视图。

图11为图8中揭示的实施例的一熔覆案例。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

参见图1-图6所示，一种具有气体保护装置的激光熔覆装置，包括由支架保护气体1保护气体、支架外罩保护气体2保护气体和光学组件保护气体3保护气体构成的多光束激光产生装置保护气体4保护气体，所述多光束激光产生装置保护气体4保护气体下方固连一导柱保护气体5保护气体，所述导柱保护气体5保护气体连接一支撑架保护气体6保护气体，所述支撑架保护气体6保护气体连接一熔覆喷嘴保护气体7保护气体；所述支撑架保护气体6保护气体上成圆周布置均匀开设有多个多光束通孔保护气体603保护气体，所述多光束通孔保护气体603保护气体上密封设置有透光镜片保护气体604保护气体，所述支撑架保护气体6保护气体上固定有第一气罩保护气体9保护气体，所述第一气罩保护气体9保护气体与所述支撑架保护气体6保护气体之间形成一光束空腔保护气体69保护气体，所述第一气罩保护气体9保护气体的底部为第一通孔保护气体902保护气体；所述第一气罩保护气体9保护气体外套设有第二气罩保护气体10保护气体，所述第二气罩保护气体10保护气体与所述第一气罩保护气体9保护气体之间形成第二保护气体空腔保护气体910保护气体，所述第一气罩保护气体9保护气体的外圈面板上布置有一圈第二气嘴保护气体901保护气体，所述第二气嘴保护气体901保护气体连通所述第二保护气体空腔保护气体910保护气体，所述第二气罩保护气体10保护气体的底部为第二通孔保护气体1002保护气体；所述第二气罩保护气体10保护气体外套设有第三气罩保护气体11保护气体，所述第三气罩保护气体11保护气体与所述第二气罩保护气体10保护气体之间形成第三保护气体空腔保护气体1011保护气体，所述第二气罩保护气体10保护气体外圈面板上布置有一圈第三气嘴保护气体1001保护气体，所述第三气嘴保护气体1001保护气体连通所述第三保护气体空腔保护气体1011保护气体，所述第三气罩保护气体11保护气体的底部为第三通孔保护气体1101保护气体；所述熔覆喷嘴保护气体7保护气体位于所述光束空腔保护气体69保护气体内，所述熔覆喷嘴保护气体7保护气体的嘴端部伸出所述第一通孔保护气体902保护气体且悬在所述第一通孔保护气体902保护气体中间，所述第一气罩保护气体9保护气体的底部悬在所述第二通孔保护气体1002保护气体中间，所述第二气罩保护气体10保护气体的底部悬在所述第三通孔保护气体1101保护气体中间。

进一步的，所述支撑架保护气体6保护气体上成圆周布置均匀开设有多个第一气嘴保护气体605保护气体，所述第一气嘴保护气体605保护气体连通所述光束空腔保护气体69保护气体。所述光束空腔保护气体69保护气体与所述第一气嘴保护气体605保护气体构成了第一保护气体空腔。

进一步的，所述导柱保护气体5保护气体上开设有导柱熔覆材料通道保护气体502保护气体，所述导柱熔覆材料通道保护气体502保护气体的出口位于所述导柱保护气体5保护气体的中轴线上，所述支撑架保护气体6保护气体上开设有支撑架熔覆材料通道保护气体602保护气体，所述支撑架熔覆材料通道保护气体602保护气体位于所述支撑架保护气体6保护气体的中心位置，所述熔覆喷嘴保护气体7保护气体上开设有熔覆喷嘴熔覆材料通道保护气体702保护气体，所述熔覆喷嘴熔覆材料通道保护气体702保护气体处于所述熔覆喷嘴保护气体7保护气体的中轴线上；所述导柱熔覆材料通道保护气体502保护气体、所述支撑架熔覆材料通道保护气体602保护气体和熔覆喷嘴熔覆材料通道保护气体702保护气体依次贯通。

进一步的，所述支架外罩保护气体2保护气体上开设有熔覆材料导入孔保护气体201保护气体，所述支架保护气体1保护气体上开设有熔覆材料通孔保护气体103保护气体，所述熔覆材料导入孔保护气体201保护气体、熔覆材料通孔保护气体103保护气体和所述导柱熔覆材料通道保护气体502保护气体依次贯通。

如图3所示，入射激光20由多光束激光产生装置4产生多光束30后，射向透光镜片604，穿过光束空腔69，最终形成光斑环绕在熔覆喷嘴下方的工件70上形成熔覆区80及人影响区100。

如图7所示，保护气体200分别从第一、第二和第三气嘴进入至第一、第二和第三保护气体空腔，然后分别从第一、第二和第三通孔射出后，覆盖至覆多道盖熔覆区80表面及整个热影响区100，防止氧化起到保护作用。

实施例2：

参见图8-图11所示，在实施例1所揭示的结构上，本实施还包括一混合罩12。

所述混合罩保护气体12保护气体设置在由所述支撑架保护气体6保护气体和所述第一、第二、第三气罩保护气体9，10，11保护气体构成的气罩机构的下方，所述混合罩保护气体12保护气体的顶端为所述熔覆喷嘴保护气体7保护气体的嘴端避让孔保护气体1204保护气体，两侧分别为第一气室保护气体1201保护气体和第二气室保护气体1202保护气体，所述第一气室保护气体1201保护气体和所述第二气室保护气体1202保护气体之间为用于放置成形件保护气体13保护气体部分的气体保护区保护气体1205保护气体，所述第一、第二气室保护气体1201，1202保护气体的气室内壁上开设有若干吹气孔保护气体1203保护气体。

优选的，所述第一气室保护气体1201保护气体连通所述第二、第三保护气体空腔保护气体910，1011保护气体，所述第二气室保护气体1202保护气体连通所述第二、第三保护气体空腔保护气体910，1011保护气体。

当堆积特殊零件时，如图11所示的圆环型的成形件13，考虑上述三个保护气体通道无法满足氧化区表面能够完全被保护气体喷射到，需要额外增加本实施例的混合套12，其主要作用是：混合第二保护气体通道与第三保护气体通道，将气体输送到混合套内部，并通过混合套的多个吹气孔吹出，气体形成的层流覆盖到成形件13和基材14的氧化区表面，防止成形件13表面和基材表面氧化。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。