[0001] 本实用新型涉及激光熔覆技术领域，具体而言涉及一种双光束协同制备液压支架表面高质量防腐耐磨涂层的系统。

[0002] 液压架在矿井下工况条件恶劣，相对湿度大，使得液压支架立柱表面极易受到腐蚀，进而影响液压支架使用效果，每年都会有液压支架立柱因腐蚀而失效报废。

[0003] 宽带激光熔覆技术制备的涂层能够极大的提高零部件的耐磨、耐热、耐腐蚀等性能，但单光束的矩形光斑在涂层制备过程中，搭接区由于氧化物无法全部上浮到涂层表面而形成夹杂，氧化物夹杂在盐雾环境下发生原电池反应，加速该区域腐蚀，生成大量锈点。实用新型内容

[0004] 本实用新型目的在于针对现有技术的液压支架宽带熔覆涂层存在的问题，提出一种双光束协同制备液压支架表面高质量防腐耐磨涂层的方法与系统，加快氧化物的逸出和改善熔覆界面缺陷，提高涂层质量和液压支架使用寿命。

[0005] 根据本实用新型目的的第一方面提出一种双光束协同制备液压支架表面高质量防腐耐磨涂层的系统，包括：

[0006] 宽带送粉喷嘴，用于向液压支架表面送粉，所述液压支架被夹持并驱动旋转，旋转方向被定义为工件步进方向；

[0007] 激光宽带熔覆加工头，用于在液压支架表面的粉末位置形成矩形光斑，通过熔覆粉末制备熔覆层；

[0008] 激光摆动加工头，用于在液压支架表面的由激光宽带熔覆加工头所形成矩形光斑的位置，形成摆动的圆形光斑，使得在熔覆方向上，所述矩形光斑与圆形光斑形成复合；

[0009] 其中，所述激光宽带熔覆加工头与激光摆动加工头被设置在同一加工平台上，并朝向液压支架表面；

[0010] 所述矩形光斑与圆形光斑在所述工件步进方向以及熔覆方向均具有一致的前后位置关系，其中：

[0011] 沿着熔覆方向，所述矩形光斑置于前端，圆形光斑置于后端；

[0012] 沿着工件步进方向，矩形光斑置于前端，圆形光斑置于后端，并且圆形光斑被设置成在矩形光斑加工的搭接区域范围内摆动，以在当前单道涂层与上一道单道涂层之间的搭接区域依次形成二次重熔区和双光束协同复合加工区，其中二次重熔区位于上一道单道涂层范围的末端位置内，双光束协同复合加工区位于当前单道涂层的开始位置，并且沿着工件步进方向，二次重熔区和双光束协同复合加工区的长度相同，圆形光斑在二次重熔区和双光束协同复合加工区以对称式摆动方式搅拌熔池。

[0013] 应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的实用新型主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的实用新型主题的一部分。

[0014] 结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本实用新型教导的前述和其他方面、实施例和特征。本实用新型的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本实用新型教导的具体实施方式的实践中得知。

[0025] 为了更了解本实用新型的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

[0026] 在本公开中参照附图来描述本实用新型的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本实用新型的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本实用新型所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本实用新型公开的一些方面可以单独使用，或者与本实用新型公开的其他方面的任何适当组合来使用。

[0027] 结合图1‑3所示的本实用新型示例性实施例的双光束协同制备液压支架表面高质量防腐耐磨涂层的系统，包括激光宽带熔覆加工头10、激光摆动加工头20以及宽带送粉喷嘴30。

[0028] 宽带送粉喷嘴30与送粉器连接，可采用现有的多筒送粉器，用来输送金属粉末或者混合后的金属粉末。

[0029] 宽带送粉喷嘴30，采用适应宽光斑的宽带型送粉喷嘴设计，其出粉口朝向液压支架的辊表面，向液压支架表面送粉。在本实用新型的实施例中，液压支架被夹持并驱动旋转，旋转方向被定义为工件步进方向V1。

[0030] 结合图1、2所示，激光宽带熔覆加工头10，用于向液压支架表面发射激光束，在液压支架表面的粉末位置形成矩形光斑100，通过熔覆粉末制备熔覆层。在可选的实施例中，激光宽带熔覆加工头10可采用商用加工头，与宽带送粉喷嘴30的送粉粉斑相适配选择。

[0031] 激光摆动加工头30，用于在液压支架表面的由激光宽带熔覆加工头所形成矩形光斑100 的位置，形成摆动的圆形光斑200，使得在沿着熔覆方向V2，矩形光斑100与圆形光斑200 形成复合。

[0032] 在本实用新型的实施例中，激光宽带熔覆加工头10与激光摆动加工头20被设置在同一加工平台上，例如同一个数控机床上，并朝向液压支架表面。

[0033] 作为示例，激光宽带熔覆加工头10与激光摆动加工头20按照空间位置关系固定于同一机床的运动横梁上，两者的扫描速度v相同。

[0034] 结合图1、2所示的示例中，矩形光斑100与圆形光斑200在工件步进方向V1以及熔覆方向V2均具有一致的前后位置关系，其中：

[0035] 沿着熔覆方向V2，矩形光斑100置于前端，圆形光斑200置于后端；

[0036] 沿着工件步进方向V1，矩形光斑100置于前端，圆形光斑200置于后端，并且圆形光斑 200被设置成在矩形光斑100加工的搭接区域范围内摆动，以在当前单道涂层与上一道单道涂层之间的搭接区域依次形成二次重熔区和双光束协同复合加工区，结合图2所示，其中二次重熔区位于上一道单道涂层范围的末端位置内，双光束协同复合加工区位于当前单道涂层的开始位置，并且沿着工件步进方向，二次重熔区和双光束协同复合加工区的长度相同，圆形光斑在二次重熔区和双光束协同复合加工区以对称式摆动方式搅拌熔池。

[0037] 如图2所示，沿着工件步进方向V1，矩形光斑的长度L1是圆形光斑的直径L2的5～10 倍。

[0038] 如图2所示，沿着工件步进方向V1，二次重熔区和双光束协同复合加工区的长度相同。二次重熔区和双光束协同复合加工区的长度均大于等于圆形光斑的直径L2。

[0039] 在可选的实施例中，圆形光斑的直径范围在1～3mm。

[0040] 作为可选的实施例，激光宽带熔覆加工头100的单道涂层搭接率为20％～40％。

[0041] 作为可选的实施例，矩形光斑的光斑长度L1为10～20mm，圆形光斑的光斑直径L2为 1～1.5mm，圆形光斑摆动区域的区域范围L3＝2L2。

[0042] 在可选的实施例，圆形光斑的摆动幅度与频率可调，从而在不同加工工艺下，例如针对不同的光斑尺寸设计以及搭接率设计，可实现摆动的幅度和频率的调节。

[0043] 在本实用新型的实施例中，激光宽带熔覆加工头100的激光功率大于激光摆动加工头200 的激光功率。

[0044] 本实用新型的实施例中，针对煤机制造行业液压支架表面存在严重磨损问题，提出一种采用双光束协同制备液压支架表面涂层的方法，通过将两种不同作用机理的激光束相互复合，解决涂层搭接区内部氧化物夹杂缺陷问题，以实现涂层全区域高质量防腐耐磨的目的。其中大功率的激光宽带熔覆加工头100，在加工区域表面形成矩形的激光光斑，用于宽带熔覆涂层的制备，而通过小功率的激光摆动加工头200，在矩形光斑并在搭接区域范围内，在宽带熔覆层边界形成二次熔池，同时利用其摆动功能对二次熔池进行搅拌，双光束同步作用可大幅度减少搭接区氧化物夹杂的数量，促进熔覆层微观组织的优化、裂纹控制以及结合力形成协同，降低中性盐雾环境下锈点出现的可能性，减少氧化物的数量，得到更高耐盐雾等级的耐磨、耐蚀涂层，达到改善涂层界面熔覆形貌和涂层质量的目的，延长液压支架的井下使用寿命。

[0045] 在一些实施例中，在对液压支架棒料件进行涂层制备前，可预先将其在夹具上固定并夹紧。

[0046] 在可选的实施例中，可利用龙门式熔覆机床携带一组两个激光熔覆加工头，即用于形成矩形光斑的激光宽带熔覆加工头和用于形成圆形光斑的激光摆动加工头，两者的空间安装位置在图2的位置配置下可进行调整。

[0047] 在另外的实施例中，龙门式熔覆机床可携带多组加工头进行多区域同时熔覆，实现多区域多工位同时熔覆，进一步提高工业生产效率。

[0048] 优选地，两个加工头作为一个整体，能够相对于龙门式熔覆机床的安装横梁旋转一定角度，且角度的调整由伺服电机控制，以适应双光束协同制备液压支架表面高质量防腐耐磨涂层的加工方法。

[0049] 在可选的实施例中，激光宽带熔覆加工头的送粉方式选择为重力送粉。

[0050] 结合图1、2所示，本实用新型的实施例公开一种利用上述实施例的系统在液压支架表面制备高质量防腐耐磨涂层的方法，包括以下步骤：

[0051] 步骤1：按摩尔质量百分比进行粉体材料配制和待加工的液压支架表面进行预处理；

[0052] 步骤2：采用双光束协同作用于液压支架表面，依照设定的方式通过矩形光斑进行熔覆层的制备，并利用圆形光斑进行单道涂层搭接区域的摆动式搅拌，其中：

[0053] 结合图2、3所示，矩形光斑与圆形光斑在工件步进方向以及熔覆方向均具有一致的前后位置关系：

[0054] 沿着熔覆方向，矩形光斑置于前端，圆形光斑置于后端；

[0055] 沿着工件步进方向，矩形光斑置于前端，圆形光斑置于后端，并且圆形光斑被设置成在矩形光斑加工的搭接区域范围内摆动，以在当前单道涂层与上一道单道涂层之间的搭接区域依次形成二次重熔区和双光束协同复合加工区，其中二次重熔区位于上一道单道涂层范围的末端位置内，双光束协同复合加工区位于当前单道涂层的开始位置，并且沿着熔覆方向，二次重熔区和双光束协同复合加工区的长度相同，在二次重熔区和双光束协同复合加工区，圆形光斑以对称式摆动方式搅拌熔池。

[0056] 在本实用新型的实施例中，合金粉体材料为JG‑11合金球形粉末，粒径53～150μm。合金粉体材料按照摩尔质量百分百的成分配比如下：C‑0.11％，Cr‑17.28％，Si‑0.98％， Mn‑0.26％，Ni‑2.92％和Mo‑0.34％，Fe构成余量。

[0057] 对应的液压支架的基体的表面材料为27SiMn。

[0058] 在可选的实施例中，在按摩尔质量百分比进行粉体材料配制后，采用电磁混粉装置进行粉末混合1h，并在使用之前100℃真空干燥1.5h。

[0059] 在可选的实施例中，待加工的液压支架表面进行预处理包括：清洗后的烘干处理，去除表面的杂质和氧化层。

[0060] 在可选的实施例中，矩形光斑的光斑长度L1为14mm，圆形光斑的光斑直径L2为1.5mm；圆形光斑摆动区域L3为3mm。矩形光斑的光斑长度L1为圆形光斑的光斑直径L2的
9.33倍。

[0061] 作为可选的实施例，两个激光束对应的激光熔覆加工头按照空间位置关系固定于机床的运动横梁上，激光宽带熔覆加工头100和激光摆动加工头200两者的扫描速度v相同， v＝12mm/s，直到设定的熔覆加工程序结束。

[0062] 作为可选的实施例，双光束协同制备液压支架表面高质量防腐耐磨涂层加工过程中激光熔覆所使用的工艺参数为：

[0063] 基于矩形光斑的激光熔覆：激光功率为5400W，矩形光斑的光斑长度为14mm，搭接率40％；

[0064] 基于圆形光斑的激光摆动搅拌：激光功率为2600W，圆形光斑的光斑直径为1.5mm，摆动速度为250～300mm Hz。

[0065] 如图所示，在搭接区域分为二次重熔区和双光束协同复合区，搭接区总能量是二次重熔区能量E1和双光束协同复合区E2能量的总和,随着工作区域不同，复合区深度明显增大，在矩形光斑完成液压支架的表面制备后通过搅拌光斑进行二次重熔，可以发现有效改善表面组织形态，释放表面气孔等缺陷，从而提高表面质量；而在双光束协同复合区，第二相发生弥散强化，晶粒细化，说明组织具有非常好的稳定性，双光束协同复合区的耐磨性得到提升，从而改善涂层的硬度。

[0066] 如图所示，在搭接区域分为二次重熔区和双光束协同复合区，搭接区总能量是二次重熔区能量E1和双光束协同复合区E2能量的总和,随着工作区域不同，复合区深度明显增大，在矩形光斑完成液压支架的表面制备后通过搅拌光斑进行二次重熔，可以发现有效改善表面组织形态，释放表面气孔等缺陷，减少组织内部的裂纹、气孔缺陷，从而提高表面质量，提高熔覆层表面硬度；而在双光束协同复合区，第二相发生弥散强化，晶粒细化，说明组织具有非常好的稳定性，双光束协同复合区的耐磨性得到提升，从而改善涂层的硬度。

[0067] 采用本实用新型实施例的方法制备所得涂层表面质量高，涂层耐磨耐蚀层最大厚度达到 1.5mm。通过标准的中性盐雾试验之后，通过锈点数量对比，通过本实用新型的系统和工艺制备的涂层相对于传统的宽带熔覆加工的涂层来说，锈点数量显著降低。

[0068] 虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型。本实用新型所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本实用新型的保护范围当视权利要求书所界定者为准。