一种随动随形的激光熔池保护方法与流程

1.本发明属于激光加工领域，具体是涉及一种随动随形的激光熔池保护方法。


背景技术：

2.激光加工制造是指通过激光光束熔化外部添加的金属或非金属材料，材料在基材上凝固后形成熔覆层的工艺。激光加工的应用主要包括熔覆、焊接和修复。激光同轴送粉的原理为：送粉桶中粉盘进行转动，送粉气进入送粉桶，将粉盘上的粉末吹入送粉管道直至送粉喷嘴，粉末经过锥形送粉喷嘴后聚焦形成粉斑，吹向基材表面，激光通过锥形送粉喷嘴，激光聚焦点将基材表面和粉末瞬间熔化形成熔池，然后熔池凝固成形。由于粉末需要聚焦，同时也要防止激光对加工头造成损伤，因此在加工过程中，喷嘴就要离基材有一定的距离，这个距离使喷嘴附近有一定的空气，并且难以排除干净，导致熔覆层产生氧化等不良后果。
3.目前，针对激光加工过程中的熔池保护的方法主要有以下几种，第一种方法是惰性气体喷嘴法：在送粉的同时，通过喷嘴出口将惰性保护气体吹向熔池，并且可以手动调节惰性保护气体的气流量，尽量排除熔池上方的空气。惰性气体喷嘴法的缺点也很明显：第一需要人工调节保护气的气流量，存在误差；第二保护气的范围较小，保护效果较差，对加工一些要求较高的材料就不适合，比如钛合金。
4.第二种方法是同轴旁轴保护气法：在加工头周围装上特定的保护气装置，它可以跟加工头同轴也可以是旁轴，加工时保护气装置喷出保护气保护熔池，例如中国专利cn107130239a及中国专利cn202763282u中所述。
5.第三种方法是局部真空保护法：如中国专利cn206887232u中所述，通过特定的装置和方法，使熔池周围形成局部真空从而保护熔池。
6.第四种方法是特定环境箱法：在特定的箱体内进行洗气、循环，使箱体内的氧含量和水含量下降到指定标准。特定环境箱法的缺点：第一箱体的密封性要好，环境箱需要专业的厂家定制，并且要定期检查气密性；第二加工前的准备时间太长，每次加工前，都需要对箱体进行洗气、循环等工作，使箱体内氧含量和水含量达到要求需要耗费大量时间；第三气体浪费且费用贵，每次完成加工后，可能需要开箱，会导致之前的保护气体全部浪费；第四不易进行实时观察，因为箱体必须完全密封，因此对工件位置的移动、加工效果的观察等均带来非常大的不便。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种随动随形的激光熔池保护方法，该方法设计的装置其结构简单、易于安装，成本低、并且能有效的保护熔池。
8.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种随动随形的激光熔池保护方法，其特征在于包括如下步骤：
9.第一步，准备随动随形的激光熔池保护装置；随动随形的激光熔池保护装置包括固定套2、环形运动机构、固定架5、送气管4和保护气喷嘴6；固定套2套在激光加工头1上，固
定套2通过连接装置与激光加工头1相固定，固定架5与环形运动机构的旋转套12固定连接，保护气喷嘴6的上端部与固定架5固定连接，送气管4通过接头与保护气喷嘴6的输入口相连通，保护气喷嘴6的输出口朝下；送气管与保护气源相连；
10.第二步，加工前，调整工作台10，安装好基材9，调整零偏，对焦好激光加工头1与基材9的距离，然后打开送粉气、保护气、控制装置；加工开始，待加工结束后，依次关闭激光、控制装置、保护气、送粉气。
11.按照上述技术方案，所述环形运动机构包括旋转套12、滚动球轴承13、电机14、主齿轮15、控制装置；旋转套12套在激光加工头1上，旋转套12位于固定套2的上方，旋转套12由滚动球轴承13与固定套2相连；旋转套12上设有环形的齿圈，电机14由电机座固定在激光加工头1上，电机14的输出轴上安装有主齿轮15，主齿轮15与环形的齿圈相啮合；电机14由线路与控制装置的控制端相连。
12.进一步的，旋转套12的上面开有环形凹槽，环形凹槽的内侧设有环形的齿圈，主齿轮15位于环形凹槽内，主齿轮15与环形的齿圈相啮合。
13.按照上述技术方案，连接装置采用3
‑
6个螺杆11组成，固定套2上开有相应的螺孔，螺杆的内端旋过螺孔后与激光加工头1相接触。
14.按照上述技术方案，控制装置包括控制电路、位移传感器，位移传感器与控制电路的信号输入端相连，电机14由线路与控制装置的控制端相连。
15.按照上述技术方案，送气管4为橡胶软管，保护气喷嘴6的材料为铜合金。
16.按照上述技术方案，保护气喷嘴6的横截面类似熔池形状。
17.按照上述技术方案，保护气喷嘴的横截面长轴l为50～100mm，保护气喷嘴的横截面短轴h为10～20mm。
18.按照上述技术方案，所述激光加工头高于基材10～15mm。
19.本发明提的有益效果：该方法设计的装置其结构简单，便于安装与维护，生产成本低，能够跟随加工头转动，节省保护气且气体利用率较高，能够有效的保护熔池，提高加工成形质量。
附图说明
20.下面结合附图对本发明作进一步的说明：
21.图1为现有技术中激光加工过程的示意图。
22.图2为本发明的随动随形的激光熔池保护装置与激光加工头连接的示意图。
23.图3为加工过程中保护气喷嘴保护熔池示意图。
24.图4为本发明的控制装置的结构示意图。
25.图5为本发明的连接装置的结构示意图。
26.图中：1
‑
激光加工头，2
‑
固定套，3
‑
送粉喷嘴，4
‑
送气管，5
‑
固定架，6
‑
保护气喷嘴，7
‑
熔池，8
‑
熔覆层，9
‑
基材，10
‑
工作台，11
‑
螺杆，12
‑
旋转套，13
‑
滚动球轴承，14
‑
电机，15
‑
主齿轮。
具体实施方式
27.下面将结合附图和具体实施例对本发明提供的一种随动随形的激光熔池保护方
法进行详细的描述。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
28.如图2所示，本发明提供了一种随动随形的激光熔池保护方法，包括如下步骤：
29.第一步，准备随动随形的激光熔池保护装置；随动随形的激光熔池保护装置包括固定套2、环形运动机构、固定架5、送气管4和保护气喷嘴6；固定套2套在激光加工头(或称激光头)1上，固定套2通过连接装置与激光加工头1相固定，固定架5与环形运动机构的旋转套12固定连接(固定架5可随旋转套12的旋转而旋转，即保护气喷嘴6的输出口可绕激光加工头1旋转)，保护气喷嘴6的上端部与固定架5固定连接，送气管4通过接头与保护气喷嘴6的输入口相连通，保护气喷嘴6的输出口朝下；送气管与保护气源相连；
30.第二步，加工前，调整工作台10，安装好基材9，调整零偏，对焦好激光加工头1与基材9的距离(激光加工头高于基材10～15mm)，然后打开送粉气、保护气、控制装置；加工开始，待加工结束后，依次关闭激光、控制装置、保护气、送粉气。
31.本实施例中，所述环形运动机构包括旋转套12、滚动球轴承13、电机14、主齿轮15、控制装置；旋转套12套在激光加工头1上，旋转套12位于固定套2的上方，旋转套12由滚动球轴承13与固定套2相连(即旋转套12可旋转)；旋转套12上设有环形的齿圈(设有与所述主动齿轮啮合的齿状结构)，电机14由电机座固定在激光加工头1上，电机14的输出轴上安装有主齿轮15，主齿轮15与环形的齿圈相啮合；电机14由线路与控制装置的控制端相连。
32.本实施例中，进一步的，旋转套12的上面开有环形凹槽，环形凹槽的内侧设有环形的齿圈，主齿轮15位于环形凹槽内，主齿轮15与环形的齿圈相啮合{所述环形凹槽的内壁上设有与所述主动齿轮啮合的齿状结构(即环形的齿圈)，所述主动齿轮的下表面与所述环形凹槽的槽底存有间隙}。
33.本实施例中，连接装置为可伸缩调节装置，使其能在不同形状大小的激光加工头1上安装，并且使其与激光和送粉喷嘴3在同一轴线上(送粉喷嘴3由送粉管与送粉器相连通，采用气送粉，即送粉气。激光器通过光纤与激光加工头连接，最终由激光加工头射出激光。激光加工采用现有技术)。可伸缩调节装置(如图5所示)，可采用3
‑
6个螺杆11组成，固定套2上开有相应的螺孔(螺孔可均布)，螺杆的内端旋过螺孔后与激光加工头1相接触。旋转螺杆，螺杆内外运动，实现固定套2能在不同形状大小的激光加工头上安装。
34.本实施例中，控制装置包括控制电路(控制器)、位移传感器(如图4所示)，位移传感器与控制电路(控制器)的信号输入端相连，电机14由线路与控制装置的控制端相连；当激光加工头1运动时，位移传感器检测收集其运动数据信息，然后对数据信息进行处理，然后由控制器控制电机输出，旋转套12旋转带动固定架5旋转，从而保证保护气喷嘴6的输出口始终保持在激光加工头1运动方向的反向延长线上，使保护气喷嘴6喷出的保护气能始终覆盖刚形成的熔池，使熔池有足够的时间凝固成形，保证其质量，如图3所示。
35.本实施例中，送气管4为橡胶软管，保护气喷嘴6的材料为铜合金，保护气喷嘴6的横截面类似熔池(如图3所示)，形如水滴状，保护气喷嘴的横截面长轴l为50～100mm，保护气喷嘴的横截面短轴h为10～20mm。
36.上述优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方
案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。