[发明专利]用于高速激光熔覆的侧向送粉装置及其熔覆工艺

说明书

本发明公开了用于高速激光熔覆的侧向送粉装置及其熔覆工艺，侧向送粉装置包括外壳、粉末载送气通道、粉末喷嘴以及粉末出口端，粉末载送气通道设在外壳侧面，粉末喷嘴与外壳的出料端，粉末出口端折弯设在粉末喷嘴的末端，在外壳的顶端的壳身内壁上开有一圈往复槽，在往复槽内设置弹性往复式可拆过滤组件；按照上述的送粉装置以及使用该送粉装置进行熔覆的工艺，其有益效果是：熔覆层厚度大大降低，可以达到250µm以下；熔覆速度显著提升，可以达到150 m/min。以下比传统激光熔覆快100‑250倍。同时稀释层降低，保证熔覆层性能优异；在重力作用下送粉，所以送粉均匀，粉末利用率高；结构简单，送粉灵活，适用于各种形式结构件及多种熔覆环境下。

技术领域

本发明涉及一种用于高速激光熔覆的侧向送粉装置及其熔覆工艺。

背景技术

材料损坏的过程特别是材料的腐蚀、磨损以及疲劳是从材料的表面开始。为了防止材料腐蚀和磨损，在材料表面形成一层涂层，加强材料表面的耐腐蚀和耐磨性。在材料表面形成涂层常用的方法是电镀铬、热喷涂以及激光熔覆。电镀铬是一种镀铬技术，将酸中的铬镀到材料表面，其在工件表面形成涂层的厚度在10-25µm之间，而且形成涂层的速度很快但是这种技术并不是最完美理想的。一方面，在用电镀铬形成涂层时基体和涂层不是冶金结合涂层容易脱落，另一方面是在电镀过程中需要消耗大量的能量，成本比较高。最重要的不足是环境保护，铬是重金属有毒对环境有较大危害。热喷涂是继电镀铬技术以后发展起来的一种形成涂层的技术。热喷涂技术是利用热源将喷涂材料加热至溶化或半溶化状态，并以一定的速度喷射沉积到经过预处理的基体表面形成涂层的方法。热喷涂设备轻便，工艺灵活、操作程序少，涂层厚度可以控制但是通过热喷涂技术形成的涂层有气孔而且热喷涂技术对资源利用率较低只有一半的材料覆盖到工件的表面同时热喷涂过程中浪费很多的燃料。

激光熔覆是继电镀铬、热喷涂以后在20世纪70年代试验研究的一种新的表面改性技术。它以不同的添料方式在被涂覆基体表面放置选择的涂层材料，经激光辐照使之与基体表面一薄层同时熔化并快速凝固形成与基体材料呈冶金结合的表面涂层，从而显著提高基体表面耐磨、耐蚀性能的工艺方法。激光熔覆形成的熔覆层热影响区小，气孔少甚至没有气孔，基体与熔覆层为冶金结合不容易脱落，对环境没有污染。但是激光熔覆形成的熔覆层比较厚在500µm以上，稀释层较大，形成熔覆层的速率比较慢不适合大组件的激光熔覆，并且熔覆过程中粉末随气体送出，速度较快，使得单位时间内激光熔覆效率下降，带走一部分能量损耗的同时，造成粉末极高的浪费，同时还增加工作环境中粉尘含量，不利于技术人员的健康。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明旨在提供用于高速激光熔覆的侧向送粉装置及其熔覆工艺，该熔覆工艺所使用的侧向送粉装置能够解决熔覆层比较厚、熔覆速度慢、粉末利用率低的问题。

为了解决传统激光熔覆中熔覆层过后，熔覆速度慢，不能熔覆大型组件，稀释层高，热影响区大，粉末利用率低等问题，本发明设计了一种高速激光熔覆的侧向送粉装置研究了其熔覆工艺；使用这种高速激光熔覆侧向送粉装置可以使熔覆速度大幅度提高可以达到150 m/ min。比传统激光熔覆快100-250倍，同时熔覆层质量保持良好无裂纹气孔等缺陷且热影响区小，稀释层低。

本发明的技术思路是：一种高速激光熔覆侧向送粉装置包括送粉头外壳、过滤排气网、粉末载送气通道和粉末喷嘴，粉末喷嘴有粉末通道，粉末出口在粉末喷嘴下端。所述的粉末喷嘴用螺纹固定在送粉头的下端，粉末喷嘴的上部为粉末入口、下部为粉末出口，在粉末出口和入口之间设有粉末通道；在送粉头上端有过滤排气网（保证送粉头内部的气压与外部气压相同，使粉末在重力作用下被送出），过滤排气网可以手动更换，熔覆不同目数的粉末，更换不同的过滤排气网；粉末喷嘴采用分体式设计，可以使粉末的均匀送出并降低粉末速度以增加粉末与激光的接触时间，使粉末快速熔化形成熔覆层以加快熔覆速度，本发明还进一步的将上述侧向送粉装置使用在熔覆工艺中，同时提高了粉末的利用效率，并降低空气中粉尘含量，减少吸入，保护技术人员健康。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：