本发明涉及激光加工，尤其涉及一种激光热喷微熔制备导电银层的装置、系统以及方法。
背景技术：
1、受地域气候和环境因素影响，尤其是处于长期高湿度及硫化环境会对水电机组的大电流输变部件造成腐蚀继而加剧输变电耗，严重时可能导致输变部件过热变形失效及过载停机风险。特别是机组核心的大电流输变部件，如母线金具端子（母线金具端子材质为t2紫铜或纯铝，具备良好的导电及导热性），为了进一步提高导电及导热性，需在其导电触面上电镀银层以降低传输损耗及发热量，一旦其导电触面的镀银层受到腐蚀污染或剥落损伤，势必影响导电及导热性能显著加剧输变电耗和发热量。而目前采用切割母线金具端子返厂电镀后再焊接回装的维修手段存在检修周期不确定、焊割质量影响性能等痛点。目前也有采用在位激光熔覆银的维修手段进行修复，但是存在昂贵的银粉末熔覆利用率不高、母线金具端子熔覆热积累易致变形、熔覆后需要清理工位残余银粉末避免电气短路等不足，因此亟需一种更少浪费、更低热输入且环保的在位制备导电银层加工方式。
技术实现思路
1、本发明要解决的技术问题是：解决上述背景技术中存在的问题，提供了一种激光热喷微熔制备导电银层的装置、系统以及方法，利用银浆料进行热喷可控性好、无污染、少浪费等优势，结合激光能无接触热加工且激光微熔覆工艺热输入极低，对于覆层与基材类型要求不高等特点，实现在母线金具端子触面微熔覆制备出均匀且厚度可控的导电银层，或是对母线金具端子原有的受损电镀银层进行覆盖式修复。
2、为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种激光热喷微熔制备导电银层的装置，包括激光头，激光头的一端设置有光纤接头，所述激光头的下端安装有喷料管，喷料管中心设有用于激光束穿过的通道，喷料管内且在位于通道的外部设有虹吸喷射通道，所述喷料管上安装有用于脉冲加热银浆料的加热仓，加热仓与虹吸喷射通道连通。
3、一种激光热喷微熔制备导电银层的系统，采用了所述的一种激光热喷微熔制备导电银层的装置，还包括载气输送装置、激光发生器以及控制系统，控制系统分别与载气输送装置、激光发生器电性连接，激光发生器通过传输光纤与激光头的光纤接头连接，载气输送装置通过输送管路与加热仓连通，加热仓与控制系统电连接。
4、一种激光热喷微熔制备导电银层的方法，采用了所述的一种激光热喷微熔制备导电银层的系统，制备方法包括以下步骤：
5、s1. 激光发生器发出激光束通过耦合的传输光纤传输至激光头，激光束经由激光头聚焦辐照后，在喷料管的喷口外部焦平面上形成高能密度的光斑；
6、s2. 通过载气输送装置将银浆料使用惰性气体输送至到加热仓内，通过加热仓对内部的银浆料进行脉冲式加热；
7、s3. 加热仓在每个脉冲周期将银浆料瞬间加热到不小于220℃，银浆料溶剂达到沸点产生气泡，同时热传导到接触的银浆料也会迅速汽化形成更多的气泡，增多且不断膨胀的气泡挤压虹吸喷射通道中的银浆料，使银浆料以液滴的形式喷射出喷口，同步在虹吸喷射通道中形成局部真空，在脉冲周期结束后加热仓降温和局部真空共同作用下迫使虹吸喷射通道中的银浆料不断的抽运到喷口处，以补充喷射出去的银浆料，随着脉冲周期的变换实现银浆料液滴的连续喷射；
8、s4. 在银浆料以液滴的形式喷射到待加工的工件表面上形成均匀银浆覆层时，同步开启与喷料管同轴的激光束聚焦辐照对银浆覆层进行熔覆烧结、固化。
9、通过运动机构负载所述激光热喷微熔制备导电银层的装置进行工件的导电银层制备或者修复加工的步骤如下：
10、s1：开始加工作业前通过控制系统控制运动机构负载所述激光热喷微熔制备导电银层的装置根据工件需要修复或制备导电银层的区域进行形状尺寸及扫描轨迹的规划与编程，并试运行程序；
11、s2：在外部的载气输送装置中加入银浆料并连通输送管路至加热仓，以工件的表面为银浆料液滴喷射汇聚和激光辐照聚焦光点的焦平面，调整喷口距离焦平面的高度δh；
12、s3：通过控制系统设定运动机构的移动速度、扫描路径，根据s2中δh的高度和对应的光斑尺寸调整扫描路径的搭接程度，同步根据需制备的导电银层厚度设置加热仓的加热脉冲周期和占空比参数；
13、s4：启动系统，在工件表面修复或制备出一定厚度的均匀导电银层后，检测导电银层的厚度是否满足需求，若未满足需求，重复s2-s3，直至导电银层的厚度满足需求。
14、激光发生器输出的平均功率区间为50~200w，脉冲重复频率控制区间为1khz~5khz。
15、所述银浆料由雾化处理的纳米级金属银粉末颗粒混合有机溶剂制备而成，银浆料中银粉末的含量范围为70 wt%至80 wt%。
16、所述加热仓进行脉冲式加热时，调整脉冲周期的变换实现银浆料液滴连续喷射量的改变。
17、通过调整喷口距离焦平面的高度δh，从而调整光斑的尺寸大小。
18、所述喷口距离焦平面的高度δh为3~5mm。
19、所述激光热喷微熔制备导电银层的装置在运动机构驱动下，移动速度为5-10mm/s。
20、本发明有如下有益效果：
21、1、本发明利用了雾化处理的银粉末颗粒制备的银浆料，热喷工艺使得银浆料可控性好、无污染、少浪费，避免了如同在位激光熔覆银时存在昂贵的银粉末熔覆利用率不高、熔覆后需要清理工位残余银粉末避免电气短路等局限性问题。
22、2、本发明利用激光能无接触热加工且激光微熔覆工艺热输入极低以及对于覆层材料与基材类型要求不高等特点，实现在母线金具端子触面微熔覆工艺制备出均匀且厚度可控的导电银层，甚至对母线金具端子原有的受损电镀银层进行覆盖式修复（无需对残余电镀银层进行打磨预处理）。
23、3、本发明可以通过对微型电加热装置参数进行设置实现对微喷工艺银浆料液滴的控制，也可以通过对工艺参数中喷口距离焦平面的高度δh的改变（例如通过正离焦放大激光辐照聚焦光斑的尺寸）实现单道微熔覆时扫描轨迹的宽度调整，最终通过各工艺参数的耦合实现制备出不同厚度的均匀的导电银层。
24、4、本发明所述的激光热喷微熔覆工艺可以不考虑材料（如典型高反射性、高导热性的金属材料银、铜、铝等）对激光波段的吸收率，避免在熔覆加工时因材料对激光吸收率低等问题造成工艺窗口窄、过程不稳定等问题造成质量缺陷。
1.激光热喷微熔制备导电银层的装置，包括激光头（6），激光头（6）的一端设置有光纤接头（5），其特征在于： 所述激光头（6）的下端安装有喷料管（4），喷料管（4）中心设有用于激光束（10）穿过的通道（42），喷料管（4）内且在位于通道（42）的外部设有虹吸喷射通道（41），所述喷料管（4）上安装有用于脉冲加热银浆料的加热仓（7），加热仓（7）与虹吸喷射通道（41）连通。
2.激光热喷微熔制备导电银层的系统，其特征在于：采用了权利要求1所述的激光热喷微熔制备导电银层的装置，还包括载气输送装置（1）、激光发生器（2）以及控制系统（3），控制系统（3）分别与载气输送装置（1）、激光发生器（2）电性连接，激光发生器（2）通过传输光纤与激光头（6）的光纤接头（5）连接，载气输送装置（1）通过输送管路与加热仓（7）连通，加热仓（7）与控制系统（3）电连接。
3.激光热喷微熔制备导电银层的方法，其特征在于，采用了权利要求2所述的激光热喷微熔制备导电银层的系统，制备方法包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的激光热喷微熔制备导电银层的方法，其特征在于，通过运动机构负载所述激光热喷微熔制备导电银层的装置进行工件（9）的导电银层制备或者修复加工的步骤如下：
5.根据权利要求3或4所述的激光热喷微熔制备导电银层的方法，其特征在于，激光发生器（2）输出的平均功率区间为50~200w，脉冲重复频率控制区间为1khz~5khz。
6.根据权利要求3或4所述的激光热喷微熔制备导电银层的方法，其特征在于，所述银浆料由雾化处理的纳米级金属银粉末颗粒混合有机溶剂制备而成，银浆料中银粉末的含量范围为70 wt%至80 wt%。
7.根据权利要求3或4所述的激光热喷微熔制备导电银层的方法，其特征在于，所述加热仓（7）进行脉冲式加热时，调整脉冲周期的变换实现银浆料液滴连续喷射量的改变。
8.根据权利要求4所述的激光热喷微熔制备导电银层的方法，其特征在于，通过调整喷口（43）距离焦平面（91）的高度δh，从而调整光斑（11）的尺寸大小。
9.根据权利要求4所述的激光热喷微熔制备导电银层的方法，其特征在于， 所述喷口（43）距离焦平面（91）的高度δh为3~5mm。
10.根据权利要求4所述的激光热喷微熔制备导电银层的方法，其特征在于， 所述激光热喷微熔制备导电银层的装置在运动机构驱动下，移动速度为5-10mm/s。