[发明专利]一种覆层裂纹自愈合的激光熔覆装置及其加工方法

说明书

本发明涉及一种熔覆层裂纹自愈合的激光熔覆装置及其加工方法，该装置包括激光熔覆机构和脉冲电流机构，所述激光熔覆机构包括设置于工作台上方的固定座和激光头；所述脉冲电流机构包括分别设置于所述激光熔覆机构两端的可调电极组件，所述可调电极组件与所述固定座之间通过可调连接件连接。本发明通过设置脉冲电流机构，提高熔覆效率，又能细化熔覆层晶粒，降低其孔隙率，并均匀熔覆层组织，同时可以减少熔覆层残余热应力和开裂敏感性，特别是脉冲大电流密度在熔覆层裂纹尖端形成的绕流效应和焦耳热效应能够实现熔覆层裂纹的在线自愈合，能够制备高质量，高性能的激光熔覆涂层。

技术领域

本发明属于激光加工设备技术领域，具体涉及一种熔覆层裂纹自愈合的激光熔覆装置及其加工方法。

背景技术

激光熔覆是一个复杂的物理化学和冶金过程，由于其快速加热和凝固的工艺特点(急热急冷)，再加上熔覆层材料与基材在物理性能(如热膨胀系数，弹性模量和导热系数等)上的差异，直接导致了在熔覆层内和熔覆层与基体之间存在着残余内应力，当残余应力大于熔覆层的抗拉强度时，容易在气孔、夹杂、尖端等处产生应力集中，从而导致熔覆层开裂。

为了获得质量好、缺陷少甚至无缺陷的激光熔覆涂层，一方面应从理论上对激光熔覆技术的理论基础快速凝固理论，以及涂层界面精细结构作深入的研究，以期揭示激光熔覆过程的本质；另一方面应从工艺上对涂层的构成与质量进行控制与改进，减少激光熔覆过程中的热应力；此外建立激光熔覆工艺、涂层组织、性能一体化评价指标也是研究的一个热点。目前所采用的控制激光熔覆涂层裂纹和剥落的主要措施有：优化工艺方法和参数；合理设计涂层；调整应力状态，尽可能降低拉应力以及改变激光作用模式或能量分布及采用复合激光熔覆工艺等。

在金属凝固过程中，施加电流可以改善材料组织及性能，外加电流辅助激光加工常见于电流强化激光焊接，由于直流电流会对熔池有持续的加热作用，从而使晶粒变大，因此脉冲电流具有更好的强化效果。然而，研究脉冲电流对激光熔覆的影响研究还很少，目前有研究人员对脉冲电流对激光熔覆的影响进行了研究，发现其具有细化组织的作用。但其实验装置电极位置是固定的，考虑到在激光熔覆过程中，激光束位置与工件相对运动，如果施加电流的电极位置与工件相对不动，熔池只占导体的一小部分，大部分的电流未通过熔池，不利于电流密度的提高，这将大大降低电流的实际效果。

因此，开发和设计一种能够使电极始终位于靠近熔池的位置并和熔池相对位置保持不变、提高电流利用效率、增强激光熔覆效果、减少熔覆层裂纹的激光熔覆装置具有重要的经济、社会和现实意义。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种结构简单，设计合理的一种熔覆层裂纹自愈合的激光熔覆装置及其加工方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种熔覆层裂纹自愈合的激光熔覆装置，包括激光熔覆机构和脉冲电流机构，所述激光熔覆机构设置于工作台的上方，包括设置于工作台上方的固定座和与固定座连接的激光头；

所述脉冲电流机构包括分别设置于所述激光熔覆机构两端的可调电极组件，所述可调电极组件与所述固定座之间通过可调连接件连接，所述可调连接件包括设置于所述固定座两端底部的滑槽，所述滑槽内设置有与其相互匹配的滑动块，所述滑槽和滑动块的一侧均设置有固定孔，所述固定孔配备有与其相互配合的螺纹钉；

所述滑动块的内部为空心状，且滑动块底部设有槽孔，所述槽孔内穿设有调节杆，所述调节杆的顶端设置于所述滑动块的内部，且与所述滑动块之间通过弹性连接件连接；

所述调节杆的底端设置有电极组件，所述电极组件与调节杆之间通过若干连接板和穿设于连接板表面的连接螺栓连接，所述连接板上还设置有碳刷，所述碳刷用于与设置于固定座外部的电源输出端连接；

所述电极组件与所述连接板底端通过固定钉和盖板相互连接，所述滚动电极组件由内至外依次包括连接轴、绝缘套和滚动电极。