[发明专利]双丝电弧复合激光熔覆方法和装置

说明书

本发明提供一种双丝电弧复合激光熔覆方法和装置，涉及高端装备制造的激光束加工领域，该方法包括在直流电弧电源正负极上分别通过导线连接导电件；将经由送丝轮组传送来的两根熔覆丝材中，一根穿过且电接触于正极导电件穿丝孔，另一根穿过且电接触于负极导电件穿丝孔，并使两根熔覆丝材的熔覆端相交；将气流喷嘴出气口对准两根熔覆丝材的熔覆端相交点；将激光器的激光头出光口对准两根熔覆丝材的熔覆端相交点；进行双丝激光熔覆工作；该装置应用于前述方法。本发明联合使用了电弧和激光热能，大幅降低了对激光器功率的要求；熔覆丝材熔化充分，熔覆效率高，熔覆层组织致密，孔隙率低，熔覆层残余应力小；熔覆无飞溅和粉尘的抛洒，材料利用率高。

技术领域

本发明涉及高端装备制造的激光束加工技术领域，尤其是涉及一种双丝电弧复合激光熔覆方法和装置。

背景技术

激光熔覆技术是一种涉及激光技术、材料表面改性技术、传感技术、计算机技术和信息与智能于一体的多学科交叉边缘学科技术，属于高端装备制造领域。激光熔覆技术同时也是兼容增材制造、3D打印、激光立体成形、激光直写技术、增材再制造等于一体的先进制造技术，是面向航空航天、钢铁冶金、电力能源、矿山机械、精密仪器、嵌入式传感器、医疗器械以及武器装备等工业领域的现代和未来制造技术。在零件表面形成耐磨、防腐和功能覆层是激光熔覆技术的典型应用，相较其它覆层技术，其优势主要体现在节能、节材、高效和低排放等方面。在历经几十年的研究与发展后，特别是高能激光设备的不断成熟，激光熔覆技术已经由一项实验室技术，逐渐开始规模化工业应用和应用拓展。在激光熔覆技术中，除了作为核心热源的大功率激光设备外，材料参数、工艺参数、以及辅助物理场、辅助工装等技术的发展也是制约产品质量的关键因素。在激光热源、材料工艺参数研究应用的基础上，基于多种辅助物理场的多物理场复合激光熔覆技术是面向节能、节材和绿色环保的激光熔覆技术的未来重点发展方向之一，这些复合技术以及自动化和智能技术的发展将会推动激光熔覆技术进一步成为高端装备制造的核心技术。本发明就是基于这种思想，将双丝电弧热源复合到激光熔覆技术中，以进一步提高激光熔覆效率，改善激光熔覆层质量。

激光熔覆技术因稀释率低、热输入小、材料广泛等诸多优点，被广泛应用于增材制造、再制造、表面工程和设备维修等各个领域，特别是随着大功率激光器技术的不断成熟，激光熔覆技术的产业化正在得到快速发展，并针对不同应用和不同的技术特点演化出多种不同类型的激光熔覆技术。

目前常用的激光熔覆技术包括同轴送粉激光熔覆技术、旁轴送粉激光熔覆技术(或侧向送粉激光熔覆技术)、高速激光熔覆技术(或超高速激光熔覆技术)以及高速丝材激光熔覆技术。其中，同轴送粉激光熔覆技术和旁轴送粉激光熔覆技术以金属和合金粉末为熔覆材料，用送粉器和保护气流将粉末材料送入激光束，粉束被融化落入工件表面被激光束融化的熔池。随着熔覆头和粉末流与工件的相对运动，在工件表面连续形成熔覆层。高速丝材激光熔覆技术以金属或合金丝材为熔覆材料，用送丝机构将丝材侧向送入激光束，激光束将金属丝和工件表层熔化后形成熔池，随着熔覆头和丝材与工件的相对运动连续形成熔覆层。

同轴送粉激光熔覆的特点是熔覆层组织细小，表面粗糙度小，熔覆层稀释率低，熔覆层抗裂性较好，但由于粉末粒子的碰撞和熔池的飞溅会降低其材料利用率。高速丝材激光熔覆的特点是熔覆过程中无飞溅和粉尘的抛洒，环保性好，材料利用率高，熔覆效率高，熔覆层稀释率低，热输入小，但由于熔滴尺寸较大，其熔覆层表面粗糙度较大，组织较粗大，气孔率相对较高、残余应力大、易开裂。

另外，目前的各种激光熔覆技术以高能束激光作为热源，对激光功率要求高，而低功率激光熔覆的熔覆效率和熔覆速度低，这些都限制了普通激光熔覆技术的广泛推广应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双丝电弧复合激光熔覆方法和装置，本发明实施例至少具有熔覆丝材熔化充分，熔覆效率高，熔覆层组织致密，孔隙率低，熔覆层残余应力小，熔覆过程中无飞溅和粉尘的抛洒，材料利用率高等有益效果。

为实现上述目的，本发明实施例采用如下技术方案：