[0001] 本申请涉及激光熔覆技术领域，更具体地说涉及一种激光熔覆方法，还涉及一种适用于上述激光熔覆方法的激光熔覆系统。

[0002] 塔机的回转支承等关键部件经常承受突变、高压、冲击、磨损等复杂载荷工况，其寿命已成为影响塔机整机寿命、性能和使用成本的关键因素。与此同时，这些部件通常结构复杂、尺寸较大、制造难度高、采购成本昂贵，是实施塔机再制造的主要载体。实现塔机回转支承等关键部件的绿色再制造，一方面将强化塔机关键部件服役性能，有效延长整机生命周期；另一方面将缩减塔机制造和施工维护成本，有效节约资源和降低固废污染，具有重要的经济效益和环境效益，意义重大。

[0003] 激光熔覆再制造技术是基于激光快速成型和再制造理念发展起来的一种先进修复技术，该技术分别利用高能束激光和运动控制系统作为热源和路径驱动，针对由于各种原因而产生磨损、腐蚀和裂纹等损伤零件进行局部高质量修复，该技术不仅结合力高，而且具有母材变形小和热影响区可控的优点，在修复要求较高的失效零件中表现出巨大的应用潜力。

[0004] 但在工程实践中，回转支承轮齿等目标件修复时，采用普通的激光熔覆方法仍存在母材稀释率较高，母材受热影响大导致激光熔覆层性能不高的问题。

[0049] 本申请提供了一种激光熔覆方法，还提供了一种适用于上述激光熔覆方法的激光熔覆系统。

[0050] 下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

[0051] 如图1所示，一种激光熔覆方法，用于对目标件的受损表面进行修复；激光熔覆方法包括以下步骤：

[0052] A1：确定目标件1的受损表面；

[0053] A2：在目标件1的受损表面形成第一激光熔覆层101；

[0054] A3：在第一激光熔覆层101的表面形成第二激光熔覆层102。

[0055] 第一激光熔覆层101的激光熔覆功率小于第二激光熔覆层102的激光熔覆功率，第一激光熔覆层101的熔覆速度大于第二激光熔覆层102的熔覆速度，第一激光熔覆层101的厚度小于第二激光熔覆层102的厚度。

[0056] 其中需要说明的是，在进行步骤A2之前，可以对目标件1的受损表面进行清洁处理，以保证第一激光熔覆层101的熔覆效果。

[0057] 其中需要说明的是，目标件1可以是包括但不限于塔机的回转支承齿轮等需要修复的零件或结构。

[0058] 本实施例中，第一激光熔覆层可以是超高速激光熔覆，一般来说，超高速激光熔覆指的是熔覆速度大于20m/min的激光熔覆技术，第二激光熔覆层可以是常规激光熔覆，常规激光熔覆通常指的是熔覆速度为1m/min左右的激光熔覆技术。

[0059] 由于超高速激光熔覆具有高沉积精度、低稀释率和基底低热输入的特点，所以第一激光熔覆层101相当于在目标件1母材表面形成了一层保护层；由于常规激光熔覆的高沉积效率特点，所以第二激光熔覆层102能够保证目标件1的牢靠修复效果；本申请将第二激光熔覆层102熔覆在了第一激光熔覆层101的表面，两个熔覆层配合，在实现目标件1的牢靠修复效果的同时，有效避免了再制造层稀释率大和基底热影响区大对目标件1母材造成损伤的问题，同时兼顾了激光熔覆再制造的效率。

[0060] 进一步的，请参阅附图1和附图3，步骤A2：在目标件1的受损表面熔覆第一激光熔覆层101的方法包括：

[0061] A21：通过激光熔覆头31输出第一聚焦激光束301；

[0062] A22：开启第一送粉器42，并通过同轴送粉头41吹送出第一金属粉末401；第一金属粉末401包围第一聚焦激光束301；

[0063] A23：第一聚焦激光束301与第一金属粉末401在目标件1的受损表面的上方汇合，并实施超高速激光熔覆，最终形成了第一激光熔覆层101。

[0064] 第一聚焦激光束301的功率即为第一激光熔覆层101的激光熔覆功率。

[0065] 本申请的超高速激光熔覆选用同轴激光熔覆的方法，第一金属粉末401均匀地散布在了第一聚焦激光束301的周围，保证了超高速激光熔覆熔池103不同位置的晶粒形状和尺寸均保证一致，进而保证了得到的第一激光熔覆层101的尺寸和性能沿各个方向均保持一致。

[0066] 进一步的，请参阅附图1和附图4，步骤A3：在第一激光熔覆层101的表面熔覆第二激光熔覆层102，包括：

[0067] A31：通过激光熔覆头31输出第二聚焦激光束302；

[0068] A32：开启第二送粉器43，并通过同轴送粉头41吹送出第二金属粉末402；第二金属粉末402包围所述第二聚焦激光束302；

[0069] A33：第二聚焦激光束302与第二金属粉末402在第一激光熔覆层101的表面汇合，并实施常规激光熔覆，最终形成了第二激光熔覆层102。

[0070] 第二聚焦激光束302的功率即为第二激光熔覆层102的激光熔覆功率。

[0071] 同样的，本申请的常规激光熔覆也选用了同轴激光熔覆的方法，第二金属粉末402均匀地散布在了第二聚焦激光束302的周围，保证了常规激光熔覆熔池104不同位置的晶粒形状和尺寸均保证一致，进而保证了得到的第二激光熔覆层102的尺寸和性能沿各个方向均保持一致。

[0072] 在本申请的某些实施例中，确定目标件1的受损表面包括：

[0073] 识别检测目标件1的受损表面的待修复厚度，根据待修复厚度确定第一激光熔覆层101的第一厚度和第二激光熔覆层102的第二厚度。

[0074] 通过管控第一激光熔覆层101的厚度，进而保证第一激光熔覆层101能够紧密贴合在目标件1的受损表面，并对目标件1的受损表面起到保护效果；通过管控第二激光熔覆层102的厚度，进而保证第二激光熔覆层102能够紧密贴合在第一激光熔覆层101的表面，并保证目标件1的牢靠修复效果。

[0075] 在本申请的一些实施例中，还包括通过激光清洗对第一激光熔覆层101和/或第二激光熔覆层102的表面进行处理的步骤。

[0076] 在其中一些实施例中，步骤A2：在目标件1的受损表面形成第一激光熔覆层101，包括：

[0077] 生成第一激光熔覆层101，其中，第一激光熔覆层101的厚度大于第一厚度；

[0078] 对第一激光熔覆层101进行激光清洗，其中，激光清洗后的第一激光熔覆层101的厚度为第一厚度。

[0079] 可以理解为，在生成第一激光熔覆层101时，可以制作相对较厚的第一激光熔覆层101，换句话说，所制作的第一激光熔覆层101的厚度大于所需的第一激光熔覆层101的第一厚度，接下来，通过激光清洗对第一激光熔覆层101的表面进行处理，有助于去除第一激光熔覆层101表面的氧化膜，以及提高第一激光熔覆层101表面的光洁度，也就是说，能够提高第一激光熔覆层101的表面质量，有助于提高后续制作的第二激光熔覆层102和第一激光熔覆层101之间的连接效果，提高对于目标件1的修复质量。

[0080] 目标件1的受损表面存在待修复厚度；当激光熔覆层的厚度与待修复厚度持平时，则激光熔覆层的厚度达到目标修复厚度。

[0081] 当第一激光熔覆层101的第一厚度和第二激光熔覆层102的第二厚度和大于目标修复厚度时，则可以进一步通过激光清洗对第二激光熔覆层102的表面进行处理，直至第一厚度和第二厚度之和与目标修复厚度相等，进而保证了目标件1表面的平坦度和光滑度，同时有效去除了第二激光熔覆层102表面形成的氧化层。

[0082] 进一步的，第一激光熔覆层101的第一厚度和第二激光熔覆层102的第二部厚度的厚度比为1:10至1:3。

[0083] 通过管控上述厚度比，可以保证第一激光熔覆层101和第二激光熔覆层102的紧密结合效果，在对目标件1母材不造成损伤的情况下，实现目标件1的牢靠修复效果。

[0084] 进一步的，当待修复厚度小于2.5mm时，第一激光熔覆层101的厚度和第二激光熔覆层102的厚度比为1:5至1:3，示例性的，可以是1:5、1:4.5、1:4、1:3.5、1:3等不同的数值。

[0085] 当待修复厚度为2.5mm至3.5mm时，第一激光熔覆层101的厚度和第二激光熔覆层102的厚度比为1:7至1:5，示例性的，可以是1:7、1:6.5、1:6、1:5.5、1:5等不同的数值。

[0086] 当待修复厚度大于3.5mm时，第一激光熔覆层101的厚度和第二激光熔覆层102的厚度比为1:10至1:7，示例性的，可以是1:10、1:9、1:8.5、1:8、1:7等不同的数值。

[0087] 通过管控待修复厚度与第一激光熔覆层101和第二激光熔覆层102的厚度比的关系，不仅保证了第一激光熔覆层101在目标件1的受损表面的紧密贴合效果，达到了对目标件1母材的最佳保护效果；而且保证了第二激光熔覆层102与第一激光熔覆层101的紧密贴合效果，达到了对目标件1的牢靠修复效果。

[0088] 在本申请的某些实施例中，第一聚焦激光束301的功率为2000W至3000W；示例性的，可以是2100W、2200W、2300W、2400W、2500W、2600W、2700W、2800W、2900W、3000W等不同的数值。

[0089] 第一激光熔覆层101的熔覆速度为20m/min至30m/min；示例性的，可以是20m/min、21m/min、22m/min、23m/min、24m/min、25m/min、26m/min、27m/min、28m/min、29m/min、30m/min等不同的数值。

[0090] 第一激光熔覆层101的厚度为0.2mm至1mm；示例性的，可以是0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1.0mm等不同的数值。

[0091] 其中需要说明的是，激光熔覆头31聚焦第一激光，并产生第一聚焦激光束301；同轴送粉头41同轴设置在激光熔覆头31的外周。通过机械手6驱动激光熔覆头31和同轴送粉头41移动，进而实现了第一聚焦激光束301和第一金属粉末401的移动，进而完成了超高速激光熔覆的轨迹移动；此时，机械手6的移动速度，即为第一激光熔覆层101的熔覆速度。

[0092] 将第一聚焦激光束301的功率、第一激光熔覆层101的熔覆速度以及第一激光熔覆层101的厚度限定在上述范围内，可以保证超高速激光熔覆具有高沉积精度、低稀释率和基底低热输入的特点。

[0093] 进一步的，第二聚焦激光束302的功率为3000W至6000W，示例性的，可以是3200W、3300W、3500W、3700W、4000W、4200W、4500W、5000W、5300W、5500W、5700W、6000W等不同的数值。

[0094] 第二激光熔覆层102的熔覆速度为0.5m/min至2m/min；示例性的，可以是0.5m/min、0.8m/min、1m/min、1.2m/min、1.5m/min、1.7m/min、2m/min等不同的数值。

[0095] 第二激光熔覆层102的厚度为2mm至3mm；示例性的，可以是2mm、2.1mm、2.2mm、2.3mm、2./4mm、2.5mm、2.6mm、2.7mm、2.8mm、2.9mm、3mm等不同的数值。

[0096] 其中需要说明的是，通过机械手6驱动激光熔覆头31和同轴送粉头41移动，进而实现了第二聚焦激光束302和第二金属粉末402的移动，进而完成了常规激光熔覆的轨迹移动；此时，机械手6的移动速度，即为第二激光熔覆层102的熔覆速度。

[0097] 将第二聚焦激光束302的功率、第二激光熔覆层102的熔覆速度以及第二激光熔覆层102的厚度限定在上述范围内，可以保证常规激光熔覆的高沉积效率特点，并保证目标件1的牢靠修复效果。

[0098] 在本申请的某些实施例中，在第一激光熔覆层101的超高速激光熔覆过程中，吹送第一保护气体501。

[0099] 其中需要说明的是，第一保护气体501为惰性气体。

[0100] 如上设置，可以保证超高速激光熔覆熔池103被第一保护气体501保护，使其表面不被氧化，进而得到高质量的第一激光熔覆层101。

[0101] 进一步的，第一保护气体501的流量为10L/min至20L/min。

[0102] 将第一保护气体501的流量控制在10L/min至20L/min的范围内，可适应超高速激光熔覆的较快的熔覆速度，且能够保证在较为轻薄的超高速激光熔覆熔池103的周围形成保护区域，避免氧化。

[0103] 在本申请的某些实施例中，在第二激光熔覆层102的常规激光熔覆过程中，吹送第二保护气体502。

[0104] 其中需要说明的是，第二保护气体502和第一保护气体501的成分相同，均为惰性气体。

[0105] 如上设置，可以保证常规激光熔覆熔池104被第二保护气体502保护，使其表面不被氧化，进而得到高质量的第二激光熔覆层102。

[0106] 进一步的，第二保护气体502的流量为20L/min至30L/min。

[0107] 将第二保护气体502的流量控制在20L/min至30L/min的范围内，可适应常规激光熔覆的较慢的熔覆速度，且能够保证在较厚的常规激光熔覆熔池104的周围形成保护区域，避免氧化。

[0108] 在本申请的某些实施例中，通过同轴吹气喷嘴51吹送第一保护气体501；第一保护气体501包围第一金属粉末401；通过同轴吹气喷嘴51吹送第二保护气体502；第二保护气体502包围第二金属粉末402。

[0109] 如上设置，可以保证保护气体同轴排布在金属粉末的外周，其不会对输送到熔池的金属粉末通道造成干扰，并保证金属粉末能够完全进入聚焦激光束照射所形成的熔池内，进而保证了金属粉末的利用率。

[0110] 在本申请的某些实施例中，第一金属粉末401包括钴基合金粉末。

[0111] 进一步的，第二金属粉末402包括镍基合金粉末。

[0112] 如上，可使得到的第一激光熔覆层101具有耐高温特性；在镍基合金粉末熔覆时，可保证目标件1的待修复表面的材料不易熔化，进一步降低了激光熔覆层的稀释率。

[0113] 在本申请的某些实施例中，钴基合金粉末的质量百分比为：C：0.18‑0.22％；Cr：20.5‑21.5％；Si：1.4‑1.8％；W：4.0‑5.0％；Fe：2.6‑3.2％；Mo：0.38‑0.43％；Ni：3.6‑
4.3％；Mn：0.28‑0.32％；B：2.2‑2.6％；Co：62.0％‑63.5％。

[0114] 在其中一个实施例中，钴基合金粉末的质量百分比为：C：0.18％；Cr：21.5％；Si：1.4％；W：5.0％；Fe：2.6％；Mo：0.38％；Ni：3.6％；Mn：0.28％；B：2.2％；Co：62.86％。

[0115] 在其中一个实施例中，钴基合金粉末的质量百分比为：C：0.22％；Cr：20.5％；Si：1.8％；W：4.0％；Fe：3.2％；Mo：0.43％；Ni：4.3％；Mn：0.32％；B：2.6％；Co：62.63％。

[0116] 优选的，钴基合金粉末的质量百分比为：C：0.2％；Cr：21.0％；Si：1.6％；W：4.5％；Fe：3.0％；Mo：0.4％；Ni：4.0％；Mn：0.3％；B：2.4％；Co：62.6％。

[0117] 该第一金属粉末401具有优选合金含量搭配，能够使钴基合金粉末与目标件1的待修复表面紧密结合，保证第一激光熔覆层101的表面性能，以及耐高温性能。

[0118] 在本申请的某些实施例中，镍基合金粉末的质量百分比为：C：0.7‑0.9％；Si：3.2‑3.8％；Fe：4.2‑4.9％；B：3.5‑4.5％；Cr:19.5‑21.5％；Ni：65.5‑68.2％。

[0119] 在其中一个实施例中，镍基合金粉末的质量百分比为：C：0.7％；Si：3.2％；Fe：4.9％；B：3.5％；Cr:21.3％；Ni：66.4％。

[0120] 在其中一个实施例中，镍基合金粉末的质量百分比为：C：0.9％；Si：3.6％；Fe：4.2％；B：4.1％；Cr:21.5％；Ni：65.7％。

[0121] 优选的，镍基合金粉末的质量百分比为：C：0.8％；Si：3.5％；Fe：4.5％；B：4.0％；Cr:20.0％；Ni：67.2％。

[0122] 该第二金属粉末402具有优选合金含量搭配，能够使镍基合金粉末与钴基合金粉末紧密结合；保证第二激光熔覆层102的表面性能，以及对目标件1的牢靠修复效果。

[0123] 请参阅附图2，一种激光熔覆系统，适用于上文所述的激光熔覆方法。激光熔覆系统包括固定系统2、激光光学系统3、送粉系统4。固定系统2用于固定目标件1。激光光学系统3包括激光熔覆头31；激光熔覆头31能够聚焦激光并输出第一聚焦激光束301和第二聚焦激光束302。送粉系统4包括同轴送粉头41和与同轴送粉头41连接的第一送粉器42和第二送粉器43；其中，同轴送粉头41同轴设置于激光熔覆头31的外周；第一送粉器42内容纳有第一金属粉末401；第二送粉器43内容纳有第二金属粉末402。

[0124] 其中需要说明的是，目标件1的待修复表面在第一聚焦激光束301的照射下产生超高速激光熔覆熔池103；第一金属粉末401吹送至超高速激光熔覆熔池103内，并最终得到第一激光熔覆层101。

[0125] 第一激光熔覆层101在第二聚焦激光束302的照射下产生常规激光熔覆熔池104；第二金属粉末402吹送至常规激光熔覆熔池104内，并最终得到第二激光熔覆层102。

[0126] 本申请的激光熔覆系统，能够在目标件1的待修复表面依次形成第一激光熔覆层101和第二激光熔覆层102两层激光熔覆层，两个激光熔覆层配合，在实现目标件1的牢靠修复效果的同时，有效避免了再制造层稀释率大和基底热影响区大造成目标件1的母材损伤的问题，同时兼顾了激光熔覆再制造的效率。

[0127] 进一步的，同轴送粉头41同轴设置于激光熔覆头31的外周，实现了金属粉末均匀地散布在了聚焦激光束的周围，保证了激光熔覆熔池不同位置的晶粒形状和尺寸均保证一致，进而保证了得到的激光熔覆层的尺寸和性能沿各个方向均保持一致。

[0128] 在本申请的某些实施例中，固定系统2为三爪卡盘固定装置；三爪卡盘固定装置具有带动目标件1周向旋转的自由度。

[0129] 当目标件1为塔机的回转支承齿轮时，三转卡盘固定装置包括三爪卡盘21和心轴22；三爪卡盘21夹持固定住心轴22；回转支承齿轮套接在心轴22上，且与心轴22花键连接。

[0130] 三爪卡盘21能够绕其自身中轴线旋转，进而带动心轴22旋转，心轴22旋转进而带动回转支承齿轮同步旋转，进而实现了回转支承齿轮的不同的待修复表面均与激光熔覆头31配合的技术效果，整个过程无需人为转动回转支承齿轮，节省了人力，且操作更加便捷快速。

[0131] 进一步的，激光光学系统3还包括激光发生器32和传输光纤33；激光发生器32产生第一激光或第二激光。传输光纤33将第一激光或第二激光传输至激光熔覆头31。激光熔覆头31将第一激光聚焦并输出第一聚焦激光束301；激光熔覆头31将第二激光聚焦并输出第二聚焦激光束302。

[0132] 如上设置，其结构简单，便于生产安装，且成本低廉，并能够便捷快速的得到高能量的聚焦激光束。

[0133] 进一步的，送粉系统4还包括第一气瓶44；第一气瓶44与第一送粉器42和第二送粉器43气动连接，以将第一送粉器42内的第一金属粉末401气动传输至同轴送粉头41内，以及将第二送粉器43内的第二金属粉末402气动传输至同轴送粉头41内。

[0134] 如上设置，金属粉末的输送更加便捷快速，其成本低，而且不会产生资源浪费。

[0135] 进一步的，激光熔覆系统还包括保护气体供给系统5；保护气体供给系统5包括同轴吹气喷嘴51；同轴吹气喷嘴51位于同轴送粉头41的外周。

[0136] 如上设置，可以保证保护气体同轴排布在金属粉末的外周，其不会对输送到熔池的金属粉末通道造成干扰，并保证金属粉末能够完全进入聚焦激光束照射所形成的熔池内，进而保证了金属粉末的利用率。

[0137] 进一步的，保护气体供给系统5还包括第二气瓶52；第二气瓶52与同轴吹气喷嘴51气动连接，以将第二气瓶52内的保护气体气动传输至同轴吹气喷嘴51。

[0138] 如上设置，保护气体的输送更加便捷快速，而且成本低。

[0139] 进一步的，所述激光熔覆系统还包括机械手6；通过连接法兰7将机械手6与激光熔覆头31固定连接在一起。机械手6驱动激光熔覆头31移动，进而实现了同轴送粉头41、同轴吹气喷嘴51与激光熔覆头31的同步移动，进而实现了激光熔覆的轨迹变化。

[0140] 其中需要说明的是，激光熔覆系统还包括工控机，工控机与机械手6通讯连接，实现激光熔覆轨迹的自动化控制。

[0141] 其中需要说明的是，还可以设置厚度检测系统；通过厚度检测系统对目标件1的待修复表面的厚度进行检测识别，并最终根据目标件1的待修复表面的厚度确定第一激光熔覆层101的厚度，以及第二激光熔覆层102的厚度。

[0142] 第一激光熔覆层101的厚度、第二激光熔覆层102的厚度均与目标件1的待修复表面的厚度呈正相关。

[0143] 本申请中涉及的部件、装置仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照附图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些部件、装置。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。

[0144] 还需要指出的是，在本申请的装置中，各部件是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本申请的等效方案。

[0145] 提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本申请。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本申请的范围。因此，本申请不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。

[0146] 为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

[0147] 以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本申请的保护范围之内。