一种双光头激光熔覆成形工艺的制作方法

1.本发明属于激光熔覆技术领域，尤其是涉及一种双光头激光熔覆成形工艺。


背景技术：

2.激光熔覆技术是一种新型表面改性技术，是指在基材表面添加金属粉末，在激光束作用下将两者加热并熔化，光束移开后冷却形成与基体材料呈冶金结合的表面涂层，从而显著改善基体表面耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性等的一种表面强化方法。
3.搭接率是激光熔覆成形技术中一个重要的参数，搭接率的数值决定成形件表面的宏观平整度。目前，激光熔覆的涂层搭接率大多为30%-60%，搭接率过低，熔覆层有效厚度过低，会导致其表面的平整度较差，后续机械加工量增大；提高搭接率虽然可以提高有效厚度和最终成形件表面的平整度，但会导致工作效率低下，且仍然需要后续的机械加工才能使表面光滑平整。
4.此外，现阶段常用的熔覆成形设备，大多采用一个激光熔覆头，针对需要得到有效厚度较高的熔覆层，往往需要进行多层叠加熔覆，即采用单层熔覆后折返再次叠加熔覆，不但生产效率及其低下，且熔覆效果很不理想。


技术实现要素：

5.本发明要解决的问题是提供一种可增加熔覆层有效厚度，减少后续机械加工，减缓冷却时间，提高工作效率的双光头激光熔覆成形工艺。
6.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种双光头激光熔覆成形工艺，其步骤为：步骤一、将激光头ⅰ和激光头ⅱ的环向相对位置设置为0-180度；步骤二、所述激光头ⅰ在基体上形成螺旋状涂层ⅰ，所述涂层ⅰ的螺纹ⅰ与基体接触位置截面长度为φ1；步骤三、所述激光头ⅱ在两个相邻螺纹ⅰ之间形成螺纹ⅱ，所述螺纹ⅱ组成螺旋状涂层ⅱ；步骤四、所述涂层ⅰ和涂层ⅱ形成最终熔覆层。
7.优选地，所述涂层ⅰ的搭接率为0%时，所述激光头ⅰ的横移螺距为φ2，所述激光头ⅱ的横移螺距为φ3，其中φ2=φ3=φ1，所述激光头ⅰ和激光头ⅱ的横向相对位置为0.5φ1，所述涂层ⅱ的螺纹ⅱ用于填充涂层ⅰ相邻螺纹ⅰ之间的空位，使得最终熔覆层表面平整。
8.优选地，所述激光头ⅰ参数为：激光功率4000-10000w，线速度5-30m/min，光斑直径2-5mm，送粉速度30-60g/min；激光头ⅱ参数为：激光功率2000-4000w，线速度5-30m/min，光斑直径1-3mm，送粉速度10-40g/min。
9.上述工艺通过两束激光空间叠加、能力匹配的方式，可以将搭接率最低降低为0%，生产效率显著提高；激光头ⅱ专用于覆盖涂层ⅰ相邻螺纹ⅰ之间的波谷，可以降低最终涂层的表面粗糙度，提高有效厚度；两束激光同时作用下，后一束激光可以起到缓冷的作用，防
止涂层开裂。
10.优选地，所述涂层ⅰ和涂层ⅱ互相的搭接率为30%-60%时，所述激光头ⅰ和激光头ⅱ的横向相对位置为(1-搭接率)*φ1，该激光头ⅰ和激光头ⅱ的横移螺距为2*(1-搭接率)*φ1，所述涂层ⅱ的螺纹ⅱ与涂层ⅰ的螺纹ⅰ尺寸相同，二者间隔设置得到最终熔覆层。
11.优选地，所述激光头ⅰ和激光头ⅱ的参数为：激光功率4000-10000w，线速度5-30m/min，光斑直径2-5mm，送粉速度30-60g/min。上述工艺在搭接率小于50%的情况下，横向螺距更大，熔覆效率就会更高；同时也可以起到缓冷左右，抑制涂层开裂。
附图说明
12.下面通过参考附图并结合实例具体地描述本发明，本发明的优点和实现方式将会更加明显，其中附图所示内容仅用于对本发明的解释说明，而不构成对本发明的任何意义上的限制，在附图中：图1是本发明双光头的环向位置示意图图2是本发明实施例1的熔覆过程示意图图3是本发明实施例1最终熔覆层的截面图图4是本发明实施例2的熔覆过程示意图图5是本发明实施例2最终熔覆层的截面图图中：1、激光头ⅰ；2、激光头ⅱ；3、基体；4、涂层ⅰ；5、涂层ⅱ。
具体实施方式
13.如图1所示，本发明一种双光头激光熔覆成形工艺，其步骤为：步骤一、将激光头ⅰ1和激光头ⅱ2的环向相对位置设置为0-180度；步骤二、激光头ⅰ1在基体3上形成螺旋状涂层ⅰ4，涂层ⅰ4的螺纹ⅰ与基体3接触位置截面长度为φ1；步骤三、激光头ⅱ2在两个相邻螺纹ⅰ之间形成螺纹ⅱ，螺纹ⅱ组成螺旋状涂层ⅱ5；步骤四、涂层ⅰ4和涂层ⅱ5形成最终熔覆层。
14.实施例1：如图2和图3所示，涂层ⅰ4的搭接率为0%时，激光头ⅰ1的横移螺距（基体3旋转一圈，激光头ⅰ1横向平移的距离）为φ2，激光头ⅱ2的横移螺距为φ3，其中，φ2=φ3=φ1，激光头ⅰ1和激光头2ⅱ的横向相对位置为0.5φ1，涂层ⅱ5的螺纹ⅱ用于填充涂层ⅰ4相邻螺纹ⅰ之间的空位，使得最终熔覆层表面平整。
15.其中，激光头ⅰ1参数为：激光功率6000w，线速度20m/min，光斑直径2mm，送粉速度30g/min；激光头ⅱ2参数为：激光功率2000w，线速度20m/min，光斑直径1mm，送粉速度20g/min。
16.上述工艺通过两束激光空间叠加、能力匹配的方式，可以将搭接率最低降低为0%，生产效率显著提高；激光头ⅱ2专用于覆盖涂层ⅰ4相邻螺纹ⅰ之间的波谷，可以降低最终涂层的表面粗糙度，提高有效厚度；两束激光同时作用下，后一束激光可以起到缓冷的作用，
防止涂层开裂。
17.实施例2：如图4和图5所示，涂层ⅰ4和涂层ⅱ5互相的搭接率为30%-60%时（即激光头ⅰ1形成1，3，5，7
…
涂层，激光头ⅱ2形成2，4，6，7
…
涂层），激光头ⅰ1和激光头ⅱ2的横向相对位置为(1-搭接率)*φ1，该激光头ⅰ1和激光头ⅱ2的横移螺距为2*(1-搭接率)*φ1，涂层ⅱ5的螺纹ⅱ与涂层ⅰ4的螺纹ⅰ尺寸相同，二者间隔设置得到最终熔覆层。
18.其中，激光头ⅰ1和激光头ⅱ2的参数为：激光功率6000w，线速度20m/min，光斑直径2mm，送粉速度30g/min。
19.与实施例1相比，上述工艺在搭接率小于50%的情况下，横向螺距更大，熔覆效率就会更高；同时也可以起到缓冷左右，抑制涂层开裂。
20.以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。


技术特征：
1.一种双光头激光熔覆成形工艺，其特征在于：其步骤为：步骤一、将激光头ⅰ和激光头ⅱ的环向相对位置设置为0-180度；步骤二、所述激光头ⅰ在基体上形成螺旋状涂层ⅰ，所述涂层ⅰ的螺纹ⅰ与基体接触位置截面长度为φ1；步骤三、所述激光头ⅱ在两个相邻螺纹ⅰ之间形成螺纹ⅱ，所述螺纹ⅱ组成螺旋状涂层ⅱ；步骤四、所述涂层ⅰ和涂层ⅱ形成最终熔覆层。2.根据权利要求1所述的双光头激光熔覆成形工艺，其特征在于：所述涂层ⅰ的搭接率为0%时，所述激光头ⅰ的横移螺距为φ2，所述激光头ⅱ的横移螺距为φ3，其中，φ2=φ3=φ1，所述激光头ⅰ和激光头ⅱ的横向相对位置为0.5φ1，所述涂层ⅱ的螺纹ⅱ用于填充涂层ⅰ相邻螺纹ⅰ之间的空位，使得最终熔覆层表面平整。3.根据权利要求2所述的双光头激光熔覆成形工艺，其特征在于：所述激光头ⅰ参数为：激光功率4000-10000w，线速度5-30m/min，光斑直径2-5mm，送粉速度30-60g/min；激光头ⅱ参数为：激光功率2000-4000w，线速度5-30m/min，光斑直径1-3mm，送粉速度10-40g/min。4.根据权利要求1所述的双光头激光熔覆成形工艺，其特征在于：所述涂层ⅰ和涂层ⅱ互相的搭接率为30%-60%时，所述激光头ⅰ和激光头ⅱ的横向相对位置为(1-搭接率)*φ1，该激光头ⅰ和激光头ⅱ的横移螺距为2*(1-搭接率)*φ1，所述涂层ⅱ的螺纹ⅱ与涂层ⅰ的螺纹ⅰ尺寸相同，二者间隔设置得到最终熔覆层。5.根据权利要求4所述的双光头激光熔覆成形工艺，其特征在于：所述激光头ⅰ和激光头ⅱ的参数为：激光功率4000-10000w，线速度5-30m/min，光斑直径2-5mm，送粉速度30-60g/min。

技术总结
本发明一种双光头激光熔覆成形工艺，属于激光熔覆技术领域，其步骤为：将激光头Ⅰ和激光头Ⅱ的环向相对位置设置为0-180度；激光头Ⅰ在基体上形成螺旋状涂层Ⅰ，涂层Ⅰ的螺纹Ⅰ与基体接触位置截面长度为φ1；激光头Ⅱ在两个相邻螺纹Ⅰ之间形成螺纹Ⅱ，螺纹Ⅱ组成螺旋状涂层Ⅱ；涂层Ⅰ和涂层Ⅱ形成最终熔覆层。涂层Ⅰ的搭接率为0%时，生产效率显著提高；激光头Ⅱ专用于覆盖涂层Ⅰ相邻螺纹Ⅰ之间的波谷，可以降低最终涂层的表面粗糙度，提高有效厚度；且两束激光同时作用下，后一束激光可以起到缓冷的作用，防止涂层开裂。防止涂层开裂。防止涂层开裂。


技术研发人员：陶汪 王威 洪臣 王树良 周远东
受保护的技术使用者：亚琛联合科技（天津）有限公司
技术研发日：2022.01.19
技术公布日：2022/2/23