一种激光熔覆的路径规划方法以及激光熔覆增材方法和产品与流程

本申请涉及激光熔覆工艺领域，尤其涉及一种激光熔覆的路径规划方法以及激光熔覆增材方法和产品。

背景技术：

1、激光熔覆技术是把激光加工与数控技术相结合,通过在金属基体表面预置粉末或同步送粉的方法，利用激光的高能量把金属粉末熔化，与基体形成良好的冶金结合，从而达到改善产品性能的特种加工方法。利用激光熔覆表面强化技术把高性能的合金材料熔覆到价格低廉的金属件上，可以改善制品的工作性能，也可用于修复少量磨损的工件。

2、目前常用的激光熔覆技术是单熔道熔覆工艺，采用该工艺对基材进行增材时，需要多次按照直线路径往复熔覆，由此就会发生频繁开断光造成的单熔道首、尾区域熔道“塌陷”现象，特别是在变截面耐磨层制备过程中，多次断光、光粉位置调整、粉体延时关闭所造成的低利用率、高成本等问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请的目的在于提供一种激光熔覆的路径规划方法，使得该方法规划的激光路径应用于激光增材中，能够充分覆盖基材表面，熔覆层均匀成形，减少成形过程中断光次数和激光表面成形道次减少，使熔覆层整体受热均匀，大幅提高激光成形熔覆层质量，实现长距离、大面积熔覆层的快速制备；

2、本申请的另外一个目的在于提供基于上述路径规划方法的激光熔覆增材方法，以及具有上述规划路径纹理的激光熔覆增材产品。

3、为了解决上述技术问题/达到上述目的或者至少部分地解决上述技术问题/达到上述目的，本申请第一个方面提供了一种激光熔覆的路径规划方法，包括：

4、s1、建立基材待成形表面的等效平面；

5、s2、在所述等效平面内设置正弦波状、余弦波状或锯齿波状激光扫描路径。

6、可选地，步骤s1包括：

7、建立基材待成形表面的三维模型，对所述待成形表面进行平面化处理，形成一个或两个以上的等效平面。

8、可选地，步骤s2包括：在所述等效平面内部以斜率互为相反数的直线呈锯齿状交替连接，得到待成形表面的锯齿波状激光扫描路径。进一步可选地，步骤s2包括：

9、s2.1、以所述等效平面两条相邻边的交点为激光起点，并与所述等效平面的高形成倾角θ，在等效平面内部向待成形方向绘制直线路径i1至第1拐点处，所述起点与第1拐点的水平距离为1/2d；

10、s2.2、在所述第1拐点处再次与所述等效平面的高形成倾角θ，在等效平面内部向待成形方向绘制直线路径i2至第2拐点处，所述第1拐点与第2拐点的水平距离为1/2d，所述直线路径i1与直线路径i2的斜率互为相反数；

11、s2.3、按照s2.2的方式依次获得第3、4……n拐点和直线路径i3、i4…in，n为大于等于3的整数，其中相邻拐点之间的水平距离为1/2d，相邻直线路径的斜率互为相反数；

12、s2.4、所述直线路径i1、i2……in呈锯齿状交替连接，得到待成形表面的锯齿状激光扫描路径；

13、其中，d≤xd，θ＝arctan(2l/d)，x为激光单熔道在金属基体上铺展系数，d为单熔道激光熔道宽度，l为所述等效平面的高的长度，所述等效平面的高与所述水平距离垂直。

14、可选地，步骤s2包括：在所述等效平面内部设置正弦曲线或余弦曲线路径，得到待成形表面的正弦波状或余弦波状激光扫描路径。进一步可选地，步骤s2包括：以所述等效平面两条相邻边的交点或一条边的中点为激光起点，向待成形侧方向做波长为d、振幅为1/2l的余弦曲线路径或正弦曲线路径，得到待成形表面的余弦波状或正弦波状激光扫描路径；其中，d≤xd，x为激光单熔道在金属基体上铺展系数，d为单熔道激光熔道宽度，l为所述等效平面的高的长度。

15、可选地，所述等效平面为四边形等效平面；进一步可选地，所述四边形等效平面为矩形或梯形等效平面，所述梯形等效平面优选为等腰梯形等效平面。

16、本申请第二个方面提供了一种激光增材方法，按前述路径规划方法确定激光增材路径，并输入至控制激光仪器的设备中，使用陶瓷复合材料对基材待成形表面进行激光熔覆增材。

17、可选地，所述陶瓷复合材料包括陶瓷材料和金属材料，所述陶瓷材料选自碳化物、氮化物、氧化物和硼化物中的一种或两种以上。优选地，所述陶瓷材料选自碳化物或氧化物。

18、可选地，所述陶瓷材料选自元素周期表中过渡金属的碳化物、氮化物、氧化物和硼化物的中一种或两种以上；进一步可选地，所述过渡金属为元素周期表中第四周期至第六周期的过渡金属；进一步可选地，所述过渡金属为元素周期表第四周期至第六周期的第四副族至第六副族的过渡金属；进一步可选地，所述过渡金属为元素周期表第四周期至第六周期的第四副族或第五副族的过渡金属。

19、可选地，所述陶瓷材料的体积百分比≥50％；进一步可选地，所述陶瓷材料的体积百分比≥60％；进一步可选地，所述陶瓷材料的体积百分比为60-94％。

20、可选地，所述陶瓷材料还包括其他陶瓷材料，所述其他陶瓷材料选自金刚石、mosi2、mos2、tial3、mg2si、al3zr4中的至少一种。

21、本申请第三个方面提供了一种激光熔覆增材产品，在基材待成形表面具有至少一个正弦波状、余弦波状或锯齿波状纹理的熔覆层。

22、可选地，所述正弦波状或余弦波状的纹理为波长为d、振幅为1/2l的正弦曲线或余弦曲线形成的波状纹理；其中，d≤xd，x为激光单熔道在基材上的铺展系数，d为单熔道激光熔道宽度，l为正弦波状或余弦波状纹理的熔覆层形成的等效平面的高。

23、可选地，所述锯齿波状纹理在熔覆层的等效平面中，以斜率互为相反数的直线呈锯齿状交替连接而成。

24、进一步可选地，所述锯齿波状纹理在熔覆层的等效平面中，每段直线的交点称为拐点，同侧相邻拐点之间的水平距离为d，每段直线与等效平面的高的倾角均为θ，并且d≤xd，θmin＝arctan(2l/xd)，x为激光单熔道在基材上的铺展系数，d为单熔道激光熔道宽度，l为所述等效平面的高的长度，所述等效平面的高与所述水平距离垂直。

25、可选地，所述基材为金属。

26、可选地，所述产品为具有抗冲击、耐磨损的刀具、刃具或轴承。

27、与常规单熔道激光扫描路径相比，本申请通过对基材待成形表面的激光路径进行优化，设置正弦波状、余弦波状或锯齿波状的激光扫描路径，避免常规单熔道激光熔覆工艺频繁开断光造成的首、尾区域熔道“塌陷”现象，以及多次断光、光粉位置调整、粉体延时关闭所形成的低利用率、高成本等问题，可充分发挥熔覆层的耐磨性，广泛应用于钢铁、矿山煤炭、模具等领域。

技术特征：

1.一种激光熔覆的路径规划方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述路径规划方法，其特征在于，步骤s1包括：

3.根据权利要求1所述路径规划方法，其特征在于，步骤s2包括：

4.根据权利要求3所述路径规划方法，其特征在于，步骤s2包括：

5.根据权利要求1所述路径规划方法，其特征在于，步骤s2包括：

6.根据权利要求5所述路径规划方法，其特征在于，步骤s2包括：

7.根据权利要求1-6任意一项所述路径规划方法，其特征在于，所述等效平面为四边形等效平面。

8.根据权利要求7所述路径规划方法，其特征在于，所述四边形等效平面为矩形或梯形等效平面。

9.一种激光增材方法，其特征在于，按照权利要求1-8任意一项所述路径规划方法确定激光增材路径，并输入至控制激光仪器的设备中，使用陶瓷复合材料对基材待成形表面进行激光熔覆增材。

10.根据权利要求9所述激光增材方法，其特征在于，所述陶瓷复合材料包括陶瓷材料和金属材料，所述陶瓷材料选自碳化物、氮化物、氧化物和硼化物的中一种或两种以上。

11.根据权利要求10所述激光增材方法，其特征在于，所述金属材料为铝基金属材料、铁基金属材料、镍基金属材料或钛基金属材料。

12.根据权利要求10所述激光增材方法，其特征在于，所述陶瓷材料选自元素周期表中过渡金属的碳化物、氮化物、氧化物和硼化物的中一种或两种以上。

13.根据权利要求10或12所述激光增材方法，其特征在于，所述陶瓷材料的体积百分比≥50％。

14.根据权利要求13所述激光增材方法，其特征在于，所述陶瓷材料的体积百分比≥60％。

15.根据权利要求14所述激光增材方法，其特征在于，所述陶瓷材料的体积百分比为60-94％。

16.根据权利要求12所述激光增材方法，其特征在于，所述过渡金属为元素周期表中第四周期至第六周期的过渡金属。

17.根据权利要求16所述激光增材方法，其特征在于，所述过渡金属为元素周期表第四周期至第六周期的第四副族至第六副族的过渡金属。

18.根据权利要求17所述激光增材方法，其特征在于，所述过渡金属为元素周期表第四周期至第六周期的第四副族或第五副族的过渡金属。

19.根据权利要求10所述激光增材方法，其特征在于，所述陶瓷材料还包括其他陶瓷材料，所述其他陶瓷材料选自金刚石、mosi2、mos2、tial3、mg2si、al3zr4中的至少一种。

20.一种激光熔覆增材产品，其特征在于，在基材待成形表面具有至少一个正弦波状、余弦波状或锯齿波状纹理的熔覆层。

21.根据权利要求20所述激光熔覆增材产品，其特征在于，所述正弦波状或余弦波状的纹理为波长为d、振幅为1/2l的正弦曲线或余弦曲线形成的波状纹理；其中，d≤xd，x为激光单熔道在基材上的铺展系数，d为单熔道激光熔道宽度，l为正弦波状或余弦波状纹理的熔覆层形成的等效平面的高。

22.根据权利要求20所述激光熔覆增材产品，其特征在于，所述锯齿波状纹理在熔覆层的等效平面中，以斜率互为相反数的直线呈锯齿状交替连接而成。

23.根据权利要求22所述激光熔覆增材产品，其特征在于，所述锯齿波状纹理在熔覆层的等效平面中，每段直线的交点称为拐点，同侧相邻拐点之间的水平距离为d，每段直线与等效平面的高的倾角均为θ，并且d≤xd，θmin＝arctan(2l/xd)，x为激光单熔道在基材上的铺展系数，d为单熔道激光熔道宽度，l为所述等效平面的高的长度，所述等效平面的高与所述水平距离垂直。

24.根据权利要求20所述激光熔覆增材产品，其特征在于，所述基材为金属。

25.根据权利要求20所述激光熔覆增材产品，其特征在于，所述产品为具有抗冲击、耐磨损的刀具、刃具或轴承。

技术总结
本申请涉及激光熔覆工艺领域，公开了一种激光熔覆的路径规划方法以及激光熔覆增材方法和产品。本申请通过对基材待成形表面的激光路径进行优化，设置正弦波状、余弦波状或锯齿波状的激光扫描路径，避免常规单熔道激光熔覆工艺频繁开断光造成的首、尾区域熔道“塌陷”现象，以及多次断光、光粉位置调整、粉体延时关闭所形成的低利用率、高成本等问题，可充分发挥熔覆层的耐磨性，广泛应用于钢铁、矿山煤炭、模具等领域。

技术研发人员：请求不公布姓名
受保护的技术使用者：恒普（宁波）激光科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12