一種光內同軸復合送絲、送粉激光熔覆系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種光內同軸復合送絲、送粉激光熔覆系統，包括能量供給系統、CNC控制臺(21)與數控工作臺(22)、送料裝置、氮氣制備系統(40)，送料裝置包括送絲送粉復合激光熔覆成形的裝置(31)，送料裝置還包括與所述送絲送粉復合激光熔覆成形的裝置(31)連接的送粉器(32)、送絲系統(33)，能量供給系統與所述送絲送粉復合激光熔覆成形的裝置(31)連接，送絲送粉復合激光熔覆成形的裝置(31)位于數控工作臺(22)上方，氮氣制備系統(40)與所述送絲送粉復合激光熔覆成形的裝置(31)連接。通過上述技術方案，可將激光熔覆方法運用于現實的生產中。
【專利說明】一種光內同軸復合送絲、送粉激光熔覆系統
【技術領域】
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[0001]本實用新型涉及激光熔覆裝置，具體而言，涉及一種光內同軸復合送絲、送粉激光熔覆系統。
【背景技術】
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[0002]激光熔覆是一種新的表面改性技術，該技術是以不同的添料方式在被熔覆基體表面上放置被選擇的涂層材料經激光輻照使之和基體表面一薄層同時熔化，并快速凝固后形成稀釋度極低，與基體成冶金結合的表面涂層，顯著改善基層表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電氣特性的工藝方法。該工藝方法的關鍵技術是同步送料技術，即將激光和被熔材料同步傳輸至加工成形位置，并使金屬材料連續、準確、均勻地投入到加工面上按預定軌跡作掃描運動的聚焦光斑內，實現光料精確耦合。
[0003]申請號201010017158.1，申請日2010年I月9日的發明公開了一種送絲送粉復合激光熔覆成形方法及裝置，其主要特征在于:通過光路變換，用圓錐鏡將激光器發射的實心激光束變換為環形光束，再用環形聚焦鏡聚焦成為環錐形光束，在環錐形光束中形成一錐形中空無光區，送粉送絲和保護氣復合噴嘴置于該無光區內并與環錐形光束同軸線，送絲孔居中，平行送粉孔包圍送絲孔，準直保護氣孔平行包圍送粉孔，絲材通過送絲孔與光束同軸垂直于加工面送入熔池，氣載粉末通過送粉孔同步送入熔池，準直保護氣包圍粉束平行吹向熔池。該發明還公開了一種送絲送粉復合激光熔覆成形的裝置，包括筒體，所述筒體上方開設有入光口，所述筒體下方設有下錐套，其下方開設有出光口，所述筒體內部中心經支撐架固定有圓錐鏡，其鏡面朝向入光口，所述筒體內壁上固定設有環形聚焦鏡，其鏡面與所述圓錐鏡鏡面相對，所述圓錐鏡、支撐架及環形聚焦鏡與筒體的入光口及出光口同軸，所述支撐架下方固定設有粉絲氣復合噴嘴，所述粉絲氣復合噴嘴為三層復合結構，內層為送絲管，中間層為送粉管，外層為送氣管，三者出口相互平行，所述粉絲氣復合噴嘴與所述圓錐鏡及環形聚焦鏡同軸。通過所述送絲送粉復合激光熔覆成形的裝置，實現了粉絲氣復合熔覆，使金屬材料連續、準確、均勻地投入到加工面上按預定軌跡作掃描運動的聚焦光斑內，實現光料精確耦合。
[0004]但是，上述發明僅是提供了一種激光熔覆的方法，并未說明如何在現實的生產中具體運用上述方法，雖然上述發明還公開了一種送絲送粉復合激光熔覆成形的裝置，但是，僅依靠這一裝置還不足以將上述激光熔覆的方法運用于現實的生產中。
【發明內容】
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[0005]本實用新型所解決的技術問題:申請號201010017157.7，申請日2010年I月9日的發明所公開的內容不足以說明如何在現實的生產中具體運用所述光、粉、氣同軸輸送激光熔覆成形制造的方法。
[0006]本實用新型提供如下技術方案:一種光內同軸復合送絲、送粉激光熔覆系統，包括能量供給系統、CNC控制臺與數控工作臺、送料裝置、氮氣制備系統，所述送料裝置包括送絲送粉復合激光熔覆成形的裝置，所述送料裝置還包括與所述送絲送粉復合激光熔覆成形的裝置連接的送粉器、送絲系統，所述能量供給系統與所述送絲送粉復合激光熔覆成形的裝置連接，所述送絲送粉復合激光熔覆成形的裝置位于數控工作臺上方，所述氮氣制備系統與送絲送粉復合激光熔覆成形的裝置連接。
[0007]按上述技術方案，能量供給系統產生激光，并將激光送入所述送絲送粉復合激光熔覆成形的裝置，同時，送粉器、送絲系統將熔覆材料送入所述送絲送粉復合激光熔覆成形的裝置，氮氣制備系統將氮氣送入所述送絲送粉復合激光熔覆成形的裝置。所述送絲送粉復合激光熔覆成形的裝置已被申請號201010017157.7的發明所公開，經所述送絲送粉復合激光熔覆成形的裝置處理，送入其中的激光變成環錐形光束，在環錐形光束中形成一錐形中空無光區，送粉送絲和氮氣復合噴嘴置于該無光區內并與環錐形光束同軸線，送絲孔居中，平行送粉孔包圍送絲孔，氮氣孔平行包圍送粉孔，絲材通過送絲孔與光束同軸垂直于加工面送入熔池，氣載粉末通過送粉孔同步送入熔池，氮氣包圍粉束平行吹向熔池。其中，所述熔池位于數控工作臺上的被加工對象上。通過上述技術方案，可將申請號201010017157.7的發明所述的激光熔覆方法運用于現實的生產中。
[0008]作為本實用新型的進一步說明，所述能量供給系統包括一臺激光器、水冷機和冷卻水路、反射式光路，所述激光器所產生的激光經反射式光路進入所述送絲送粉復合激光熔覆成形的裝置，所述水冷機通過冷卻水路對所述激光器、反射式光路、送絲送粉復合激光熔覆成形的裝置進行降溫。所述激光器為武漢金石凱激光有限公司研制的GS-TFL-10KW高功率橫流C02激光器，它是一種采用針板放電的氣體橫流快速循環流動激光器，具有功率高、效率高、壽命長、光束質量好、穩定性好、結構緊湊、使用費用低和維修方便等優點。其配套設備包括水冷機、反射式光路和冷卻水路。激光器在運行過程中，激光器中全反鏡以及輸出鏡等一些器件會產生大量的熱，并且所述送絲送粉復合激光熔覆成形的裝置內部的光路變換鏡片以及外部的反射鏡片等也會產生大量的熱量，因此必須用冷卻循環水對這些部位進行冷卻。所述水冷機和冷卻水路為武漢團結激光成套設備有限公司設計制造的專為大功率激光器排熱的制冷換熱設備。該冷卻機組提供激光器的冷卻循環水溫度在8-12度之間可以任意調節。
[0009]作為本實用新型的進一步說明，所述CNC工作臺包括一套CNC控制單元、一臺六軸五聯動加工機床。所述CNC控制單元是PMAC數控系統，X方向的最大行程為1500_，Y軸最大行程800mm。所述機床所采用的伺服控制卡為PMAC卡,它是美國著名的Delta Tau公司推出的采用先進的數字信號處理技術的第四代傳動控制裝置，具有響應速度快、精度高、開發周期短，編程和操作簡單的特點，在發達國家已廣泛應用于機器人，數控機床等需要多軸控制的高精度伺服裝置上。六軸五聯動數控工作臺為煙臺機床附件廠生產的TSL400型立臥回轉工作臺，臺面直徑400mm。此數控工作臺的重復定位精度為6/10000mm。
[0010]作為本實用新型的進一步說明，所述氮氣制備系統包括壓縮機、與壓縮機連接的制氮機、與制氮機連接的儲氣罐。N2是一種非助燃氣體，空氣中大量含有N2，取用相對比較低廉。制氮系統主要由空氣壓縮機、食品制氮機、儲氣罐組成。食品制氮機能夠提取空氣中的N2，使其純度達99.5 %，完全能夠滿足實驗需要。N2的使用在整個系統中有兩個作用，一是作為保護氣，起到對光學鏡片組的保護作用。二是作為送粉載氣，因為使用N2這種非可燃氣體作為載氣，可以減小粉末與激光作用產生的有害煙霧與燃燒火焰，從而保證熔覆層的質量。
[0011]作為本實用新型的進一步說明，所述送絲系統包括送絲機和送絲控制柜，所述送絲機包括送絲軟管。優選的，所述送絲機包括校直裝置。為了保證送絲過程的連續性、可調性、穩定性，實現實驗的要求，本實用新型選用的送絲機為南通振康有限公司制造的SB-10-D/TIG型送絲機驅動裝置。送絲的速度范圍為1.5-15m/min，絲材的直徑范圍為0.8/1.0/1.2。金屬絲的輸送過程要求連續，平穩，金屬絲的直線度對于金屬絲的幾何控制至關重要，會對熔覆的表面質量有重要的影響，這就要求金屬絲必須經過校直。因此，在送絲機中特別裝有校直裝置，經過校直過的金屬絲通過送絲管輸送到復合噴嘴位置。噴嘴具有導向作用，直接將金屬絲輸入到熔池。送絲速率的調節由送絲控制柜實現，控制柜通過開關電位器改變輸給直流電動機的電壓，利用電壓的變化對直流電動機進行調速。本實用新型中不存在送絲方向、位置和角度對熔覆層質量的影響，因此送絲速率就成為影響熔覆質量的關鍵因素之一，對送絲速率的控制就顯得尤為重要。
[0012]作為本實用新型的進一步說明，所述送粉器為雙管載氣送粉器。本實用新型采用DPSF-2雙管載氣送粉器，該送粉器靠送粉盤定量，傳動裝置主要是送粉電機和送粉盤。儲粉筒中的粉末靠自身重力通過進粉口落在送粉盤的槽中，送粉電機帶動送粉盤勻速轉動，當送粉盤槽中的粉末到達擋粉塊后，由送粉載氣帶動通過出粉接頭進入送粉管，載氣粉末沿外路粉管到達加工區域。該送粉器粉流的發散小，方向性特別好，可滿足快速成型的要求。送粉量和粉末運行速度可以通過調節送粉電機轉速和載氣流量大小來實現。由于其具有一大一小兩個儲粉筒，因此可以實現兩種不同的粉末同時輸送。
【專利附圖】
【附圖說明】
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[0013]下面結合附圖對本實用新型做進一步的說明:
[0014]圖1為本實用新型一種光內同軸復合送絲、送粉激光熔覆系統的結構示意圖。
[0015]圖中符號說明:
[0016]11—激光器；
[0017]12 —水冷機；13 —反射式光路；
[0018]21 - CNC控制臺；22 —數控工作臺；
[0019]31 一送絲送粉復合激光熔覆成形的裝置；32 —送粉器；33 —送絲系統；
[0020]40 一氮氣制備系統。
【具體實施方式】
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[0021]如圖1所示，一種光內同軸復合送絲、送粉激光熔覆系統，包括:一臺激光器11、水冷機12和冷卻水路、反射式光路13，CNC控制臺21與數控工作臺22，送絲送粉復合激光熔覆成形的裝置31、送粉器32、送絲系統33，氮氣制備系統40。
[0022]所述反射式光路13連接激光器11與送絲送粉復合激光熔覆成形的裝置31。其中，所述激光器11為武漢金石凱激光有限公司研制的GS-TFL-10KW高功率橫流0)2激光器。
[0023]所述水冷機12通過冷卻水路對所述激光器11、反射式光路13、送絲送粉復合激光熔覆成形的裝置31進行降溫。其中，所述水冷機和冷卻水路為武漢團結激光成套設備有限公司設計制造的專為大功率激光器排熱的制冷換熱設備。
[0024]所述送粉器32、送絲系統33、氮氣制備系統40與所述送絲送粉復合激光熔覆成形的裝置31連接。其中，所述送粉器32為DPSF-2雙管載氣送粉器。所述送絲系統33包括送絲機和送絲控制柜，所述送絲機包括送絲軟管、校直裝置，所述送絲機為南通振康有限公司制造的SB-10-D/TIG型送絲機驅動裝置，送絲的速度范圍為1.5-15m/min，絲材的直徑范圍為0.8/1.0/1.2。所述氮氣制備系統40包括壓縮機、與壓縮機連接的食品制氮機、與食品制氮機連接的儲氣罐。
[0025]所述送絲送粉復合激光熔覆成形的裝置31位于數控工作臺22上方。其中，所述數控工作臺22包括一套CNC控制單元、一臺六軸五聯動加工機床。所述CNC控制單元是PMAC數控系統，X方向的最大行程為1500mm, Y軸最大行程800mm。所述機床所采用的伺服控制卡為PMAC卡。六軸五聯動數控工作臺為煙臺機床附件廠生產的TSL400型立臥回轉工作臺，臺面直徑400mm。此數控工作臺的重復定位精度為6/10000mm。
[0026]以上內容僅為本實用新型的較佳實施方式，對于本領域的普通技術人員，依據本實用新型的思想，在【具體實施方式】及應用范圍上均會有改變之處，本說明書內容不應理解為對本實用新型的限制。
【權利要求】
1.一種光內同軸復合送絲、送粉激光熔覆系統，包括能量供給系統、CNC控制臺(21)與數控工作臺(22)、送料裝置、氮氣制備系統(40)，所述送料裝置包括送絲送粉復合激光熔覆成形的裝置(31)，其特征在于:所述送料裝置還包括與所述送絲送粉復合激光熔覆成形的裝置(31)連接的送粉器(32)、送絲系統(33)，所述能量供給系統與所述送絲送粉復合激光熔覆成形的裝置(31)連接，所述送絲送粉復合激光熔覆成形的裝置(31)位于數控工作臺(22)上方，所述氮氣制備系統(40)與所述送絲送粉復合激光熔覆成形的裝置(31)連接。
2.如權利要求1所述的一種光內同軸復合送絲、送粉激光熔覆系統，其特征在于:所述能量供給系統包括一臺激光器(11)、水冷機(12)和冷卻水路、反射式光路(13)，所述激光器(11)所產生的激光經反射式光路(13)進入所述送絲送粉復合激光熔覆成形的裝置(31)，所述水冷機(12)通過冷卻水路對所述激光器(11)、反射式光路(13)、送絲送粉復合激光熔覆成形的裝置(31)進行降溫。
3.如權利要求1所述的一種光內同軸復合送絲、送粉激光熔覆系統，其特征在于:所述數控工作臺(22)包括一套CNC控制單元、一臺六軸五聯動加工機床。
4.如權利要求1所述的一種光內同軸復合送絲、送粉激光熔覆系統，其特征在于:所述氮氣制備系統(40)包括壓縮機、與壓縮機連接的制氮機、與制氮機連接的儲氣罐。
5.如權利要求1所述的一種光內同軸復合送絲、送粉激光熔覆系統，其特征在于:所述送絲系統(33)包括送絲機和送絲控制柜，所述送絲機包括送絲軟管。
6.如權利要求5所述的一種光內同軸復合送絲、送粉激光熔覆系統，其特征在于:所述送絲機包括校直裝置。
7.如權利要求1所述的一種光內同軸復合送絲、送粉激光熔覆系統，其特征在于:所述送粉器(32)為雙管載氣送粉器。
【文檔編號】C23C24/10GK204185561SQ201420467562
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年8月18日 優先權日:2014年8月18日
【發明者】王福來, 毛利強, 毛斌奇, 羅成英 申請人:蘇州克蘭茲電子科技有限公司