[发明专利]一种用于超高速激光熔覆盘类零件端面的方法

说明书

本发明涉及一种用于超高速激光熔覆盘类零件端面的方法。该方法首先将缺口圆环Ⅰ、缺口圆环Ⅱ套装于盘类零件外圆与内孔，根据工艺需求设置熔覆速率V₁、熔覆搭接率η、激光束功率P等参数；然后根据熔覆搭接率η和超高速激光熔覆单道宽度D_L等参数，将超高速激光熔覆路径规划为起点位于盘类零件端面内孔截面线，终点位于盘类零件端面外圆截面线上的等间距螺旋线；同时设置等角度节点，将等间距螺旋线划分为多段等间距螺旋线弧，通过改变超高速激光熔覆各段等间距螺旋线弧时的盘类零件旋转角速度ω_i和超高速激光熔覆头移动速度的方式进行熔覆，保证熔覆过程中各参数维持稳定；最后通过线切割的方式对缺口圆环Ⅰ、缺口圆环Ⅱ与盘类零件进行分离。

技术领域

本发明涉及激光熔覆技术，特指一种用于超高速激光熔覆盘类零件端面的方法。

背景技术

2017年由德国弗朗霍夫学院提出的超高速激光熔覆技术(Ultra High-SpeedLaser Cladding)，熔覆速率可达到25～200m/min，加工过程中激光聚焦于工件上方，使得能量大部分作用于工件上方的粉末，采用这种方法，熔覆过程中基体的热输入极小，但却能保证粉末与基体发生充分冶金结合，一般稀释率仅在2～4％左右。因此，可以制备超薄且质量很高的涂层，根据熔覆速率不同，涂层厚度基本仅在25～400μm之间，且涂层表面光洁度很好，通过简单的磨削与抛光即可投入使用，被誉为替代传统电镀工艺的先进绿色制造技术，具有广阔的应用前景。

超高速激光熔覆基于同轴送粉喷嘴的优化设计实现了粉末粒子与激光束的最佳耦合，在高能密度激光束的作用下使粉末与高速运动的基体表面同时熔化，快速凝固后形成与基体呈高强冶金结合的熔覆层，极大提高了熔覆速率，突破了传统熔覆的效率瓶颈。与传统激光熔覆相比，超高速激光熔覆解决了能量利用效率低、对基体热影响大以及熔覆层厚度较厚的问题；与热喷涂相比，解决了涂层冶金结合的问题，有望在期望具有冶金结合、对基体热影响小的薄涂层制备领域广泛应用。

超高速激光熔覆拥有远超于传统激光熔覆的加工效率，其高效率的背后，是远超于传统激光熔覆的熔覆速率，即零件表面熔覆线速度，而为保证高速的熔覆速率，高能密度激光束与高速运动的基体表面间相对运动的有序稳定控制是必备因素；另一方面超高速激光熔覆过程中，熔覆速度、激光束功率P、搭接率等工艺参数对零件表面熔覆质量、熔覆层与基体的结合性和熔覆层厚度有显著影响。为保证盘类零件超高速激光熔覆层的表面质量，使其熔覆层均匀致密，且厚度均匀，在熔覆过程中要保证工艺参数的稳定。

目前超高速激光熔覆在国内资料较少，且普遍应用于轴类零件外圆面加工，对盘类零件端面熔覆工艺研究较少。而超高速激光熔覆过程中极高的熔覆速率代表着难以采用折返式的熔覆路径，所以在盘类零件端面高速熔覆过程中如何保证熔覆速率稳定，同时稳定其他熔覆工艺参数，进一步提高盘类零件端面表面以及端面边缘熔覆质量成为超高速激光熔覆技术发展问题之一。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种用于超高速激光熔覆盘类零件端面的方法。该方法首先将缺口圆环Ⅰ、缺口圆环Ⅱ套装于盘类零件外圆与内孔，根据工艺需求设置熔覆速率V₁、熔覆搭接率η、激光束功率P等参数；然后根据熔覆搭接率η和超高速激光熔覆单道宽度D_L等参数，将超高速激光熔覆路径规划为，起点位于盘类零件端面内孔截面线，终点位于盘类零件端面外圆截面线上的等间距螺旋线；同时设置等角度节点，将等间距螺旋线划分为多段等间距螺旋线弧，通过改变超高速激光熔覆各段等间距螺旋线弧时的盘类零件旋转角速度ω_i和超高速激光熔覆头移动速度的方式进行熔覆，保证熔覆过程中各参数维持稳定；最后通过线切割的方式对缺口圆环Ⅰ、缺口圆环Ⅱ与盘类零件进行分离，将熔覆完成后的零件端面进行磨削加工达到成品要求。通过该方法可有效调控超高速激光熔覆头与高速回转的盘类零件端面相对运动，保证超高速激光熔覆过程中各熔覆参数稳定性，提高熔覆效率，进一步提高盘类零件端面表面，包括端面边缘的熔覆质量和均匀性。该方法可以在盘类零件端面表面形成具有较好冶金结合、致密且厚度均匀的熔覆层。