专利名称：一种利用助燃气体在增加激光熔覆层高时避免开裂的方法
技术领域：
本发明涉及一种利用助燃气体在增加激光熔覆层高时避免开裂的方法，属于激光熔覆领域。
背景技术：
在激光熔覆的工业应用中，为了保证镀层的厚度，以及为后期加工留出一定的余量，常常对熔覆层的高度有一定要求，即最小熔覆层高度的要求。在实际生产中，为了提高熔覆层高度，常常采用加大激光输入功率的方法，利用更多的能量输入，使更多粉末被熔化在激光熔池中，待冷却之后，熔覆层的高度自然增加。然而，采取加大激光输入功率的做法，会对熔覆层的质量造成很大危害，这是由激光光束本身的特性造成的。以光纤激光为例，激光中心部分的能量密度远远高于周围部分。因此，当在激光熔覆过程中加大激光功率，提高激光熔池的温度时，熔池中央的温度提升极大，是熔池其他部分温升的数倍，过大的温度差，将造成熔凝过程中的热裂纹现象。熔覆层厚度虽然得到了提高，但是由于温升不均匀，熔覆层中央交界部位产生了热裂纹，破坏了熔覆层质量，无法达到生产要求。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种用于激光熔覆的及冷却功能一体化的同轴喷头。为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是一种利用助燃气体在增加激光熔覆层高时避免开裂的方法，激光熔覆中所采用的喷头的气体通道大于等于两条，其中一条通道通入低压保护气体与低压助燃气体的混合气体，助燃气体占混合气体总量的15 25%，其余通道通入高压保护气体，混合气体和高压保护气体一同从喷头中喷出。优选地，混合气体与高压保护气体的体积比为1:3 1:5。进一步地，混合气体的气压为I. 5 2个大气压，高压保护气体的气压为3 5个大气压。更进一步地，助燃气体为乙炔。更进一步地，保护气体为惰性气体，优选为氮气。由于采用了上述技术方案，本发明一种利用助燃气体在增加激光熔覆层高时避免开裂的方法，通过在激光熔覆过程的保护气体中掺入微量的助燃气体，可提高粉末流场与熔覆工作场的温度200°C 400°C，熔化更多粉末；同时，使激光熔池各部分温升均匀，熔凝过程平缓，消除中央热裂纹现象。不但熔覆层的厚度提高将近一倍，而且熔覆层结构完好，无热裂纹现象发生。且为安全考虑，助燃气体的气压不易过大，因此将低压气体与高压气体相配合，既提高温度，又保证安全。
附图I为本发明实施例一中喷头的结构示意 附图2为本发明实施例二中喷头的结构示意图。其中
I、喷头；2、激光通道；3、粉末通道；4、第一气体通道；5、第二气体通道；6、激光束；7、待熔覆加工件；8、熔覆层；9、第一气体入口。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例一
本实施例提供了一种利用助燃气体在增加激光熔覆层高时避免开裂的方法，激光熔覆中所采用的喷头的气体通道大于等于两条，其中一条通道通入低压保护气体与低压助燃气体的混合气体，助燃气体占混合气体总量的15 25%，其余通道通入高压保护气体，混合气体和高压保护气体一同从喷头中喷出。混合气体与高压保护气体的体积比为1:3 1: 5。混合气体的气压为I. 5 2个大气压，高压保护气体的气压为3 5个大气压。本实施例中的助燃气体采用乙炔，在实际应用中也可采用其他可燃气体。保护气体优选使用氮气，不建议用氦气；使用氦气的话，第一不经济，第二影响升温效果。一种用于上述的一种利用助燃气体在增加激光熔覆层高时避免开裂的方法的喷头，如附图I所示，它具有开设在该喷头I中央的激光通道2、开设在激光通道2周围的一端与混合气体添加装置相连接另一端贯穿喷头I底面的第一气体通道4、开设在第一气体通道4外围的一端与粉末添加装置相连接另一端贯穿喷头I底面的粉末通道3、开设在粉末通道3外围的一端与高压保护气体添加装置相连接另一端贯穿喷头I底面的第二气体通道5。混合气体在激光与粉末之间喷出，有助于增强粉末流场的均匀性，高压保护气体在粉末外围喷出，有助于增强粉末流场的集中性和集束性。第一气体通道4有多个，且绕激光通道2的中心轴均匀分布；第二气体通道5有多个，且绕激光通道2的中心轴均匀分布。需要说明的是，助燃气体与低压保护气体可先进行混合，再在进行激光熔覆时将混合后的气体通入第一气体通道4，并从喷头中喷出，也可以在进行激光熔覆时将助燃气体和低压保护气体分别通入第一气体通道4进行混合，再一同从喷头中喷出，或者也可以在进行激光熔覆时将助燃气体和低压保护气体分别通入第一气体通道4，再分别从喷头同时喷出后进行混合。每个第一气体通道4和第二气体通道5的气体入口处的尺寸大于气体出口处的尺寸，以增加气体从喷头喷射出时的压力。实施例二
本实施例与实施例一的区别在于一种用于上述的提高激光熔覆效果的方法的喷头，如附图2所示，它具有开设在该喷头I中央的激光通道2、开设在喷头I上一端与混合气体添加装置相连接另一端激光通道2相连通的第一气体入口 9、激光通道2周围的一端与粉末添加装置相连接另一端贯穿喷头I底面的粉末通道3、开设在粉末通道3外围的一端与高压保护气体添加装置相连接另一端贯穿喷头I底面的第二气体通道5。第一气体入口 9与激光通道2相连接处在竖直方向上距离喷头I底面大于等于5cm，以保证保护气体从中央通道喷出前在其内形成风向稳定的流动风，进而确保粉末不被冲进中央通道，同时也可保证保护气体从中央通道喷射出后与粉末充分混合。第一气体入口 9有多个，且绕激光通道2的中心轴均匀分布；第二气体通道5有多个，且绕激光通道2的中心轴均匀分布。本发明一种利用助燃气体在增加激光熔覆层高时避免开裂的方法，能够在保证熔覆层质量的前提下，大幅度提高熔覆层厚度，同时保证安全。应用本发明方法的喷头并不局限于上述两个实施例中的喷头结构。上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人 士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种利用助燃气体在增加激光熔覆层高时避免开裂的方法，其特征在于激光熔覆中所采用的喷头的气体通道大于等于两条，其中一条通道通入低压保护气体与低压助燃气体的混合气体，所述助燃气体占混合气体总量的15 25%，其余通道通入高压保护气体，所述的混合气体和高压保护气体一同从喷头中喷出。
2.根据权利要求I所述的一种利用助燃气体在增加激光熔覆层高时避免开裂的方法，其特征在于所述的混合气体与高压保护气体的体积比为1:3 1:5。
3.根据权利要求I所述的一种利用助燃气体在增加激光熔覆层高时避免开裂的方法，其特征在于所述的混合气体的气压为I. 5 2个大气压，所述的高压保护气体的气压为3 5个大气压。
4.根据权利要求I或2所述的一种利用助燃气体在增加激光熔覆层高时避免开裂的方法，其特征在于所述的助燃气体为乙炔。
5.根据权利要求I或2所述的一种利用助燃气体在增加激光熔覆层高时避免开裂的方法，其特征在于所述的保护气体为氮气。
全文摘要
本发明公开了一种利用助燃气体在增加激光熔覆层高时避免开裂的方法，激光熔覆中所采用的喷头的气体通道大于等于两条，其中一条通道通入低压保护气体与低压助燃气体的混合气体，助燃气体占混合气体总量的15～25%，其余通道通入高压保护气体，混合气体和高压保护气体一同从喷头中喷出。本发明通过在激光熔覆过程的保护气体中掺入微量的助燃气体，可提高粉末流场与熔覆工作场的温度200℃～400℃，熔化更多粉末；同时，使激光熔池各部分温升均匀，熔凝过程平缓，消除中央热裂纹现象。且为安全考虑，助燃气体的气压不易过大，因此将低压气体与高压气体相配合，既提高温度，又保证安全。
文档编号C23C24/10GK102864452SQ201210309939
公开日2013年1月9日 申请日期2012年8月28日 优先权日2012年8月28日
发明者张翀昊, 柳岸敏, 黄佳欣, 黄和芳, 张祖洪 申请人:张家港市和昊激光科技有限公司