轧机辊端轴套内孔的激光熔覆修复方法及激光熔覆用复合装置

摘要

本发明公开了轧机辊端轴套内孔的激光熔覆修复方法，其步骤为：轴套组件拆解→轴套表面清理→成分检测→序前热处理→分层熔覆→序后热处理→机加工→检验探伤→合格品交付。其中，步骤④序前热处理：熔覆前预热可以为入炉加热+加热带加热；或者为入炉加热+感应装置加热；或者单独使用感应装置加热；步骤⑥序后热处理：感应加热方式可以为感应加热，也可以为其它加热方式。本发明激光熔覆修复方法在辊端轴的内孔表面熔覆有高耐磨性、高强度、高结合力的熔覆层，延长了辊端轴套的使用寿命。

说明书

技术领域

本发明涉及机械加工领域，具体的涉及轧机辊端轴套内孔的修复方法及其装置。

背景技术

轧机辊端轴套是钢材热轧生产线上的重要连接件，其主要功能是连接工作辊并向其传递电机动力，实现上下工作辊的转动进而实现钢带连续轧制。轧钢过程中轧机辊端轴套扁面会受到冲击载荷的反复挤压作用，同时工作辊与辊轧机端轴套间还存在轴向微动摩擦，因而轧机辊端轴套磨损快，使用寿命短。

对于失效的轧机辊端轴套，传统的修复方法为改尺利用、焊补修复和激光熔覆修复，其存在如下问题：一、旧件改尺利用受限于零件原始设计结构、尺寸、材料性能，可行性较差；二、焊接熔覆层与零件基体结合力较弱，热输入量大、应力应变较大，熔覆体积大导致开裂、变形；三、现有激光熔覆修复方法：(1)普遍选用二氧化碳激光器或光纤激光器，激光光束为高斯波，光斑能量分布不均匀，不利于熔覆层质量一致性；(2)熔覆层结构单一，熔覆层与基体结合力、修复部位断裂韧度、修复部位加工性能等较差；(3)采用加热炉、加热带方式进行预热、后热处理，存在热量散失大、温度下降快的缺点，熔覆加工一段时间零件温度就降低到要求预热温度范围之下，需要停止作业加热补温；升温慢、检测准确性差；(4)采用点热源输入方式，设备功率密度能力、加工效率、熔覆层质量间存在着难以兼顾的矛盾，具体分析如下：根据比能量Es公式：Es＝P/(DV)激光功率P、光斑直径D和扫描速度V，当扫描速度和光斑直径一定时，熔覆层稀释率随激光束功率增大而增大，熔覆层深度将逐步增加；当熔覆层深度达到极限后，入射激光能量超过材料导热能力，随着入射功率增加熔覆层厚度无法继续增加时，熔覆区功率密度随入射激光功率继续增高，熔池液态金属开始汽化；激光束辐照熔池上方金属蒸汽形成等离子体气团，熔覆过程中等离子体会屏蔽激光束能量导致激光束输入不稳定，辐照区熔池对流激烈、紊乱，熔覆层变形、开裂、夹杂现象加剧；超出工艺必要的激光功率越大，光斑作为点状热源熔覆部位熔化的金属量越多，产生熔覆层缺陷的概率越大；然而，激光功率过小，仅表面熔覆层熔化，基体难以熔化，此时熔覆层表面出现局部未熔合，冶金结合差，达不到熔覆目的；因此，激光光斑为单纯点状输入时，其功率小则基体难以熔化达不到熔覆目的，但是其功率大又会使熔覆层缺陷的概率增大。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供轧机辊端轴套内孔的激光熔覆修复方法，它在辊端轴的内孔表面熔覆有高耐磨性、高强度、高结合力的熔覆层，延长了辊端轴套的使用寿命。

本发明轧机辊端轴套内孔的激光熔覆修复方法，其具体步骤为：

①轴套组件拆解：依序拆解组件，确保零件无损坏，收纳备用；

②轴套工作面处理：对轧机辊端轴套进行清洗，去除油污、锈迹；加工去除轴套待修复工作面内孔的疲劳层及排除局部缺陷，去除层厚3-5mm，并进行工作面100％PT探伤；使用无损检测探伤与表面硬度检测确定工作面失效层是否去除。

③成分检测、确定修复材料：采用移动光谱仪对轴套进行化学成分分析，结合基体材质与技术要求选配进行熔覆的合金材料；

④序前热处理：将辊端轴套放在热处理炉中进行退火；将辊端轴套进行熔覆前预热，预热温度及保温时间根据辊端轴套的化学成分及壁厚来确定；

⑤工作面熔覆：使用合金材料对轴套内孔进行激光熔覆；

⑥序后热处理：将辊端轴套加热至预热要求温度，保温缓冷至室温；

⑦机加工：机械加工辊端轴套工作面，使其符合图纸相关要求；

⑧检验探伤：检验轴套相关尺寸，工作面进行无损探伤。

⑨合格品交付：检测不合格返工，检测合格品交付。

进一步地，步骤④序前热处理：熔覆前预热可以为入炉加热+加热带加热；或者为入炉加热+感应装置加热；或者单独使用感应装置加热；步骤⑥序后热处理：感应加热方式可以为感应加热，也可以为其它加热方式。

进一步地，步骤⑤工作面熔覆：合金材料有以下三种：一、与基体材质、性能接近的铁基合金软粉粉末，粒度为100目-200目，其质量百分比为：0.05％C、18.0％Cr、0.7％B、0.9-1.0％Si、10.0-12.0％Ni、2.5-3.0％Mo、0.5％Mn、其余为Fe；二、材质、性能介于基体与所选强化材料之间的铁基合金过渡粉末，粒度为100目-200目，其质量百分比为：0.08％C、18.0％Cr、0.7-0.8％B、0.9-1.0％Si、5.0％Ni、2.0％Mo、0.5％Mn、其余为Fe；三、强化的铁基合金硬粉粉末，粒度为100目-200目，其质量百分比为：0.18-0.2％C、15.0-18.0％Cr、0.9-1.0％Si、2.0％Ni、2.0％Mo、0.1％Mn、其余为Fe。

进一步地，步骤⑤工作面熔覆：合金材料的组合方式为：一、当轴套基体为低硬度时，合金材料为软粉，熔覆层为一层；二、当轴套要求高硬度时：1、合金材料为软粉修复+过渡粉末，熔覆层为两层，即在软粉的外面再熔覆一层过渡粉末；2、合金材料为软粉修复+过渡粉末+硬粉强化，熔覆层为三层，即在过渡粉末的外面再熔覆一层硬粉；3、合金材料为软粉修复+过渡粉末+硬粉强化+过渡粉末，熔覆层为四层，即在硬粉的外面再熔覆一层过渡粉末。

进一步地，步骤⑤工作面熔覆：使用半导体激光器进行熔覆，半导体激光器光束输出模式为平顶光；采用感应加热作为激光熔覆的复合热源。

本发明一种激光熔覆用复合装置，它包括激光熔覆光头、感应加热装置，两者相连接；激光熔覆光头包括激光镜座组件、送粉喷嘴、激光通道、合金粉末通道，激光镜座组件包括准直镜座、反射镜座、保护镜座，准直镜座连接在反射镜座的侧面，保护镜座连接在反射镜座的下面，送粉喷嘴通过螺纹连接在保护镜座的下面；激光通道、合金粉末通道经过激光镜座组件到达送粉喷嘴；感应加热装置包括转接板、带水冷的感应线圈导线、红外温度探测仪、中空水冷铜管、感应加热线圈；转接板为L型，其横板上设置螺栓连接孔，其竖板中空；中空水冷铜管为U型，其上部开口与转接板竖板的下平面连通并使用陶瓷环间隔绝缘；感应加热线圈与中空水冷铜管的下段连接；两根感应线圈导线左右设置，其穿过转接板横板上的光孔后与转接板竖板上的螺纹孔连接；红外温度探测仪连接在转接板横板的下平面上，与转接板成45°，探测方向指向感应加热线圈中部的区域；转接板通过螺栓连接孔连接在准直镜座的下面；感应加热线圈位于送粉喷嘴的正下方。

进一步地，感应加热装置还包括软铁导磁体、绝缘隔热陶瓷片；感应加热线圈为矩形，感应加热线圈的三条边上包裹软铁导磁体，朝向激光熔覆光头的一条边上覆盖绝缘隔热陶瓷片；软铁导磁体使用粉末冶金铁氧体；感应加热线圈为铜管，铜管的截面为矩形，内部中空。

进一步地，激光通道包括激光光纤、准直镜、聚焦反射镜、全透保护镜；反射镜座内设置有倒置的L型反射腔、一端水平开口在激光束输入窗口，另一端竖直开口在反射镜座的下面，聚焦反射镜通过反射镜基座固定在L型反射腔的折角处；准直镜设置在准直镜座内的直腔内，直腔一端开口与激光束输入窗口连通、另一端开口与激光光纤连通，激光光纤与固定在准直镜座侧面上的光纤连接接头连接；全透保护镜设置在保护镜座内，且位于反射腔竖直开口的下面；合金粉末通道包括准直镜座上的水平通道、反射镜座上的竖直通道；水平通道包括合金粉末输入端、合金粉末反光镜座端；竖直通道包括合金粉末输入端、合金粉末分流环槽、三处合金粉末入口端。

进一步地，激光熔覆用复合装置还包括光头保护气通道、光头循环冷却水通道、感应线圈导线通道；光头保护气通路包括准直镜座上的水平通道、反射镜座上的竖直通道；水平通道包括保护气输入端、保护气反射镜座端；竖直通道包括保护气输入端、保护气体输出端；光头循环冷却水通道包括准直镜座上的水平进水通道、水平出水通道，反射镜座上的进水通道、出水通道；水平进水通道包括冷却水输入端、冷却水输入反光镜座端，水平出水通道包括冷却水反光镜座输出端、冷却水输出端；反射镜座上的进水通道包括反射镜座冷却水输入端、反射镜冷却水输入端、冷却水输出端、送粉喷嘴冷却水输入端，出水通道包括送粉喷嘴冷却水输出端、反射镜座冷却水输出端；感应线圈导线通道设置在准直镜座上的，感应线圈导线通道包括感应线圈导线输入端、感应线圈导线加热头端、感应线圈导线加热头端、感应线圈导线输出端。

进一步地，激光熔覆用复合装置还包括支撑杆，支撑杆一端连接在准直镜座的侧面，另一端设置有支撑杆转接基座；支撑杆为双层结构，其内层包覆激光光纤，内外层之间设置感应线圈导线、光头冷却水管路、光头保护气管线、合金粉末通道，端面使用预制密封环配合O型圈实现密封。

本发明轧机辊端轴套内孔的激光熔覆修复方法的有益效果是：一、相比较于改尺利用，熔覆修复强化方案可以保持与原设计结构、尺寸一致，服役使用条件相同，配套零件无需改制；二、相比较于堆焊修复，熔覆修复强化方案热输入小、热源集中、熔覆层与基体结合力强，零件可修复性强；三、相比较于现有的激光熔覆：1、熔覆层材料设计优化，实现性能、功能梯度分布，节约材料和加工成本，提高熔覆层质量；2、在激光熔覆时使用由感应加热装置与光头结合的激光熔覆用复合装置，使激光熔覆时输入热源为点状输入与面状输入相结合，使得熔覆修复时所需的激光束的热输入小，感应加热装置的面状加热源集中，实现零件的加工区域局部加热，提高预热温度，减小温度梯度和凝固速度、减小加工部位热应力，凝固速度的降低会使熔覆层应力得到释放，熔池液体流动更充分，从而降低了凝固裂纹产生的可能性，熔覆层与基体结合力强，保证了熔覆层的性能，提高熔覆层质量；3、在预热及后热处理阶段使用激光熔覆用复合装置中的感应加热装置，能够提高加工部位局部温度，减小零件加工部位温度梯度及应力应变不均，实现相同加工速度前提下更稳定的加工质量，改善熔覆层组织，提高熔覆层质量；4、半导体激光器输出横模平顶光，熔池能量分布更均匀，稀释率低、过渡层性能一致性高、熔覆热影响区小。总之，本发明激光熔覆修复方法及激光熔覆用复合装置根据待熔覆零件轴套的特点，进行针对性设计与布置，实现了熔覆层功能梯度性能，并保证了工件待熔覆区域的选区加热，使工件待熔覆区域热输入符合工艺需求，在保证熔覆质量的前提下更高的加工速度。

附图说明

图1是本发明激光熔覆用复合装置的结构示意图一；

图2是本发明激光熔覆用复合装置的结构示意图二(去除支撑杆)；

图3是本发明激光熔覆用复合装置的透视图；

图4是准直镜座与支撑杆连接面的示意图；

图5是准直镜座的示意图；

图6是反射镜座、保护镜座、送粉喷嘴三者的示意图一；

图7是反射镜座、保护镜座、送粉喷嘴三者的示意图二；

图8是反射镜座、保护镜座、送粉喷嘴三者的示意图三；

图9是反射镜座、保护镜座、送粉喷嘴三者的透视图；

图10是感应加热装置支撑杆的示意图；

图11是支撑杆的示意图。

具体实施方式

本发明轧机辊端轴套内孔的激光熔覆修复方法，其具体步骤为：

①轴套组件拆解：依序拆解组件，确保零件无损坏，收纳备用；

②轴套工作面处理：对轧机辊端轴套进行清洗，去除油污、锈迹；加工去除轴套待修复工作面内孔的疲劳层及排除局部缺陷，去除层厚3-5mm，并进行工作面100％PT探伤；使用无损检测探伤与表面硬度检测确定工作面失效层是否去除。

③成分检测、确定修复材料：采用移动光谱仪对轴套进行化学成分分析，结合基体材质与技术要求选配进行熔覆的合金材料；

④序前热处理：将辊端轴套放在热处理炉中进行退火；将辊端轴套进行熔覆前预热，预热温度及保温时间根据辊端轴套的化学成分及壁厚来确定；

⑤工作面熔覆：使用合金材料对轴套内孔进行激光熔覆；

⑥序后热处理：将辊端轴套加热至预热要求温度，保温缓冷至室温；

⑦机加工：机械加工辊端轴套工作面，使其符合图纸相关要求；

⑧检验探伤：检验轴套相关尺寸，工作面进行无损探伤。

⑨合格品交付：检测不合格返工，检测合格品交付。

其中，步骤④序前热处理：熔覆前预热可以为入炉加热+加热带加热；或者为入炉加热+感应装置加热；或者单独使用感应装置加热；步骤⑥序后热处理：感应加热方式可以为感应加热，也可以为其它加热方式。感应加热方式可调功率范围宽，可设置不同加热温度及加热速率，可实现多种不同热处理方法。其中，当序前热处理为入炉加热+感应加热的复合加热方式时，可以实时控制热量输入，保持零件待加工区域处于稳定的预热温度范围。

其中，步骤⑤工作面熔覆：熔覆的合金材料有以下三种：一、与基体材质、性能接近的铁基合金软粉粉末，粒度为100目-200目，其质量百分比为：0.05％C、18.0％Cr、0.7％B、0.9-1.0％Si、10.0-12.0％Ni、2.5-3.0％Mo、0.5％Mn、其余为Fe；二、材质、性能介于基体与所选强化材料之间的铁基合金过渡粉末，粒度为100目-200目，其质量百分比为：0.08％C、18.0％Cr、0.7-0.8％B、0.9-1.0％Si、5.0％Ni、2.0％Mo、0.5％Mn、其余为Fe；三、强化的铁基合金硬粉粉末，粒度为100目-200目，其质量百分比为：0.18-0.2％C、15.0-18.0％Cr、0.9-1.0％Si、2.0％Ni、2.0％Mo、0.1％Mn、其余为Fe。

上述轴套熔覆层修复材料及熔覆层结构构成的具体选用，可根据轴套技术要求和工况条件进行合理的安排：一、当轴套基体为低硬度时，合金材料为软粉，熔覆层为一层；二、当轴套要求高硬度时：1、合金材料为软粉修复+过渡粉末，熔覆层为两层，即在软粉的外面再熔覆一层过渡粉末；2、合金材料为软粉修复+过渡粉末+硬粉强化，熔覆层为三层，即在过渡粉末的外面再熔覆一层硬粉；3、合金材料为软粉修复+过渡粉末+硬粉强化+过渡粉末，熔覆层为四层，即在硬粉的外面再熔覆一层过渡粉末。轴套要求高硬度是指轴套工作部位即内孔熔覆层做高硬度强化。

其中，软粉熔覆修补局部凹陷、塌角，熔覆加工至轴套工作面规则、平整；过渡粉末的强度、韧性适于承载表层强化层；高硬、耐磨强化材料熔覆表面强化层是根据使用工况条件及技术要求选用的；韧性好、强度硬度适中的过渡粉末可以做为熔覆加工余量层。

本发明按照由非工作面至工作面强度、硬度逐渐增高直至要求性能原则，设计并加工梯度材质熔覆层，实现零件工作部位梯度性能及梯度功能：本发明熔覆层为多层时，从软粉经过渡粉到硬粉，在构成材料的要素(组成和结构等)沿厚度方向由一侧向另一侧呈连续变化即梯形分布，这样材料的性质和功能也呈梯度变化。因此本发明功能梯度材料使复合材料中各组元发挥各自的性能特点,使材料具备高强度、高硬度，同时大幅度的降低应力，从而使材料性能明显优于单一材质的熔覆层。

其中，步骤⑤工作面熔覆：使用半导体激光器进行熔覆，半导体激光器光束输出模式为平顶光。平顶光的光束横截面内能量分布均匀，光斑内材料熔合质量一致。

其中，步骤⑤工作面熔覆：采用感应加热作为激光熔覆的复合热源。感应加热为面状输入热源，它与激光点状输入相结合，可以提高熔覆部位局部温度，减小熔覆部位温度梯度，减小熔覆部位热应力，提高熔覆质量，保证熔覆层性能。

实施例1

轧机辊端轴套材质为42CrMo，设计表面硬度HB269-302，使用1年后工作面磨损超差，要求使用性能相近材料修复，恢复原尺寸及性能指标。

①轴套组件拆解：依序拆解组件，确保零件无损坏，收纳备用；

②轴套表面清理：对轴套表面进行清洗，去除油污、锈迹。加工去除轴套待修复工作面的疲劳层及排除局部缺陷，去除层厚3-5mm，并进行工作面100％PT探伤；

③成分检测：采用移动光谱仪对轴套进行化学成分分析，结合基体材质与技术要求选配修复合金材料；

④序前热处理：将待修复的辊端轴套放在热处理炉中进行退火，升温速率<100℃/h，退火温度550℃-600℃,保温时长4h，随炉缓冷至室温；熔覆前预热，预热温度350℃-400℃，熔覆时零件外圆包裹加热带及石棉布，实时测温增减加热带功率，保持预热温度均衡稳定；

⑤工作面熔覆：熔覆合金材料选用软粉，选用工作波长为900-1080nm的半导体激光器作为加工光源，输出平顶光斑激光束；选用心径1000μm光纤传输激光束；选用内孔熔覆光头进行熔覆；熔覆时光斑尺寸19*1.5mm，激光功率5.0KW-5.5KW，感应加热能耗百分比10％-100％，扫描速度400-450mm/min，搭接量11mm，层厚1.5-1.7mm；

⑥序后热处理：将轴套加热至预热温度，保温缓冷至室温；

⑦机加工：机械加工轴套工作面；

⑧检验探伤：检验轴套相关尺寸，工作面进行无损探伤，检合装配交付。

⑨合格品交付：检测不合格返工，检测合格品交付。

实施例2

轧机辊端轴套材质为25Cr2Ni4MoV，设计表面硬度HRC42-45，使用1年后工作面磨损超差，要求使用性能相近材料修复，恢复原尺寸及性能指标。

其中，步骤⑤工作面熔覆：熔覆合金材料选用软粉+过渡粉；选用工作波长为900-1080nm的半导体激光器作为加工光源，输出平顶光斑激光束；选用心径1000μm光纤传输激光束；使用激光熔覆用复合装置进行感应加热和熔覆；熔覆时的工艺参数：光斑尺寸Φ5mm，激光功率2.2KW-2.8KW，感应加热能耗百分比10％-100％，扫描速度600-720mm/min，搭接量2.5mm，层厚1.2mm-1.5mm。其余步骤同上。

实施例3

轧机辊端轴套材质为42CrMo，设计表面硬度HRC52-58，使用1年后工作面磨损超差，要求使用性能相近材料修复，恢复原尺寸及性能指标。

其中，步骤④序前热处理：将待修复的辊端轴套放在热处理炉中进行退火，升温速率<100℃/h，退火温度550℃-600℃,保温时长4h，随炉缓冷至室温；熔覆前预热，预热温度350℃-400℃，使用激光熔覆用复合装置中的感应加热装置进行加热。其中，步骤⑤工作面熔覆：合金材料选用软粉+过渡粉+强化粉；选用工作波长为900-1080nm的半导体激光器作为加工光源，输出平顶光斑激光束；选用心径1000μm光纤传输激光束；使用激光熔覆用复合装置进行感应加热和熔覆。其中，步骤⑥序后热处理：使用激光熔覆用复合装置中的感应加热装置进行加热。感应加热器提供预热及后热处理，能够提高加工部位局部温度，减小零件加工部位温度梯度及应力应变不均，实现相同加工速度前提下更稳定的加工质量，优化熔覆加工区局部加工工艺性，可以提高加工效率、提高产品质量。其余步骤同上。

本发明轧机辊端轴套内孔的激光熔覆修复方法的有益效果是：一、相比较于改尺利用，熔覆修复强化方案可以保持与原设计结构、尺寸一致，服役使用条件相同，配套零件无需改制；二、相比较于堆焊修复，熔覆修复强化方案热输入小、热源集中、熔覆层与基体结合力强，零件可修复性强；三、在比较于现有的激光熔覆：1、半导体激光器输出横模平顶光，熔池能量分布更均匀，稀释率低、过渡层性能一致性高、熔覆热影响区小；2、激光熔覆用复合装置的感应加热为面状热源，温升高、温度一致性好，减小温度梯度和热应力，即熔覆区域局部加热快、熔覆层质量好，熔覆效率高；3、熔覆层材料设计优化，实现性能、功能梯度分布，节约材料和加工成本，提高熔覆层质量；4、激光熔覆用复合装置中的感应加热装置使用在在预热及后热处理阶段使用感应加热装置，能够提高加工部位局部温度，减小零件加工部位温度梯度及应力应变不均，实现相同加工速度前提下更稳定的加工质量，改善熔覆层组织，提高熔覆层质量。

实施例4

从图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10可知，本发明一种激光熔覆用复合装置，它包括激光熔覆光头、感应加热装置6，两者相连接；激光熔覆光头包括激光镜座组件、送粉喷嘴5、激光通道、合金粉末通道，激光镜座组件包括准直镜座3、反射镜座4、保护镜座4-3，准直镜座3连接在反射镜座4的侧面，保护镜座4-3连接在反射镜座4的下面，送粉喷嘴5通过螺纹连接在保护镜座4-3的下面；激光通道、合金粉末通道经过激光镜座组件到达送粉喷嘴5；感应加热装置6包括转接板6-1、带水冷的感应线圈导线6-3、红外温度探测仪6-4、中空水冷铜管6-5、感应加热线圈6-6；转接板6-1为L型，其横板上设置螺栓连接孔6-2，其竖板中空；中空水冷铜管6-5为U型，其上部开口与转接板6-1竖板的下平面连通并使用陶瓷环间隔绝缘；感应加热线圈6-6与中空水冷铜管6-5的下段连接；两根感应线圈导线6-3左右设置，其穿过转接板6-1横板上的光孔后与转接板6-1竖板上的螺纹孔连接；红外温度探测仪6-4连接在转接板6-1横板的下平面上，与转接板6-1成45°，探测方向指向感应加热线圈6-6中部的区域；转接板6-1通过螺栓连接孔6-2连接在准直镜座3的下面；感应加热线圈6-6位于送粉喷嘴5的正下方。

其中，感应加热线圈6的内部中空，外部的冷却水经过中空水冷铜管5对感应加热线圈6进行冷却，防止线圈过热烧损。

其中，感应加热装置还包括软铁导磁体6-7、绝缘隔热陶瓷片6-8；感应加热线圈6-6为矩形，感应加热线圈6-6的三条边上包裹软铁导磁体6-7，朝向激光熔覆光头的一条边上覆盖绝缘隔热陶瓷片6-8。

其中，软铁导磁体6-7使用粉末冶金铁氧体；感应加热线圈6-6为铜管，铜管的截面为矩形。

本发明激光熔覆用复合装置中的激光熔覆光头与感应加热装置为分体式结构，两者可以分别单独使用也可以连接成一个整体使用：

一、当两者分别单独使用时，激光熔覆光头可以在激光熔覆时使用，感应加热装置可以在熔覆前预热、熔覆后热处理时用于加热工件；1、感应加热控制器工作时，带水冷的感应线圈导线向感应加热线圈输电，从而使位于感应加热线圈区域内的零件磁场感应加热，软铁导磁体可以使矩形平面线圈的磁力线通过需要加热的方向，实现围绕熔覆加工区的矩形定向加热场，提高加工区域的预热温度，减小温度梯度和凝固速度、减小加工部位热应力，凝固速度的降低会使熔覆层应力得到释放，熔池液体流动更充分，从而降低了凝固裂纹产生的概率，提高熔覆层质量，保证了熔覆层的性能；2、矩形截面铜管的感应线圈相比圆形铜管能够更靠近加热工件,矩形线圈和工件之间的距离可以比相同的圆形铜管间隙要小，在加热同等大小的零件时效率更高、能耗更小、加热一致性更好；3、由于感应加热可以实时控制热量输入，防止因热量散失大造成温度下降快，因此可以保持零件待修复区域处于稳定的预热温度范围，满足零件持续加工的要求；4、通过预热减小熔覆层应力产生，通过后热处理减少气孔、裂纹等缺陷，提高熔覆层均质性，提高熔覆层成型质量。

二、当两者组合使用时，转接板可以通过螺栓连接孔与准直镜座相连接，结合定距螺母可实现感应加热装置与激光熔覆光头间沿激光束轴线方向的上下位置的调整，在激光熔覆时使用此复合装置，其优点是：1、激光熔覆时输入热源由现有的单纯点状输入改为点状输入与面状输入相结合，使得激光的输入功率需求减小、热源集中、熔覆层与基体结合力强，零件修复效果好；2、绝缘隔热陶瓷片可以屏蔽朝向激光熔覆光头方向的磁感线、阻隔热量传导，有效保护激光熔覆光头不会异常升温发热，延长了其使用寿命；3、感应加热装置与激光熔覆光头的结合，使得零件内孔里进行熔覆需求的操作空间减小，同时使得熔覆与加热合二为一，大大提高了熔覆效率和质量；4、感应加热装置实时检测激光熔覆光头下方零件熔覆区域温度，反馈感应加热控制器，感应加热控制器自动调控电压电流，实现对零件熔覆区稳定加热控温；5、带水冷的感应线圈导线向感应加热线圈输电，从而使位于感应加热线圈区域内的零件磁场感应加热，软铁导磁体可以使矩形平面线圈的磁力线通过需要加热的方向，实现定向、定温加热零件基材，从而可以提高加工区域的预热温度，减小温度梯度和凝固速度、减小加工部位热应力，凝固速度的降低会使熔覆层应力得到释放，熔池液体流动更充分，从而降低了凝固裂纹产生的概率，提高熔覆层质量，保证了熔覆层的性能。

实施例5

本发明激光熔覆用复合装置：激光通道包括激光光纤1、准直镜3-13、聚焦反射镜4-15、全透保护镜4-16；反射镜座4内设置有倒置的L型反射腔、一端水平开口在激光束输入窗口4-1，另一端竖直开口在反射镜座4的下面，聚焦反射镜4-15通过反射镜基座4-2固定在L型反射腔的折角处；准直镜3-13设置在准直镜座3内的直腔内，直腔一端开口与激光束输入窗口4-1连通、另一端开口与激光光纤1连通，激光光纤1与固定在准直镜座3侧面上的光纤连接接头2连接；全透保护镜4-16设置在保护镜座4-3内，且位于反射腔竖直开口的下面；合金粉末通道包括准直镜座3上的水平通道、反射镜座4上的竖直通道；水平通道包括合金粉末输入端3-4、合金粉末反光镜座端3-10；竖直通道包括合金粉末输入端4-11、合金粉末分流环槽4-12、三处合金粉末入口端4-14。

激光熔覆时，激光光纤1的激光束经过准直镜3-13，穿过激光束输入窗口4-1照射在聚焦反射镜4-14上，反射后穿过全透保护镜4-16，从送粉喷嘴5的空腔中射出，照射在位于激光熔覆光头下方的零件表面形成熔池；熔覆用合金粉末经过合金粉末输入端3-4、合金粉末反光镜座端3-10、合金粉末输入端4-11、合金粉末分流环槽4-12、合金粉末入口端4-14从送粉喷嘴5中的空腔中射出，三束合金粉末束流汇聚于熔池中心，随着激光熔覆光头移动熔池凝固，对零件进行熔覆，形成强化熔覆层。合金粉末通道位于光头外部的部分由与光头内部通道等径的铜管组成，合金粉末通道铜管与光头接口使用焊接方法连接并确保密封。

实施例6

本发明激光熔覆用复合装置还包括光头保护气通道、光头循环冷却水通道、感应线圈导线通道；光头保护气通路包括准直镜座3上的水平通道、反射镜座4上的竖直通道；水平通道包括保护气输入端3-3、保护气反射镜座端3-9；竖直通道包括保护气输入端4-10、保护气体输出端4-13；光头循环冷却水通道包括准直镜座3上的水平进水通道、水平出水通道，反射镜座4上的进水通道、出水通道；水平进水通道包括冷却水输入端3-5、冷却水输入反光镜座端3-11，水平出水通道包括冷却水反光镜座输出端3-12、冷却水输出端3-6；反射镜座4上的进水通道包括反射镜座冷却水输入端4-4、反射镜冷却水输入端4-5、冷却水输出端4-6、送粉喷嘴冷却水输入端4-7，出水通道包括送粉喷嘴冷却水输出端4-8、反射镜座冷却水输出端4-9；感应线圈导线通道设置在准直镜座3上的，感应线圈导线通道包括感应线圈导线输入端3-1、感应线圈导线加热头端3-7、感应线圈导线加热头端3-8、感应线圈导线输出端3-2。

激光熔覆时，光头保护气经过保护气输入端3-3、保护气反射镜座端3-9、保护气输入端4-10、保护气体输出端4-13从送粉喷嘴5中的空腔中射出，对零件进行熔覆时的保护；光头冷却水管经过冷却水输入端3-5、冷却水输入反光镜座端3-11、反射镜座冷却水输入端4-4、反射镜冷却水输入端4-5，冷却水输出端4-6、反射镜基座4-2、送粉喷嘴冷却水输入端4-7、送粉喷嘴冷却水输出端4-8、反射镜座冷却水输出端4-9、冷却水反光镜座输出端3-12、冷却水输出端3-6形成回路，冷却水在管道中流动，对激光熔覆光头进行冷却，防止激光熔覆光头升温发热，延长了激光熔覆光头的使用寿命。激光熔覆时，带水冷的感应线圈导线6-3中的一根经过感应线圈导线输入端3-1、感应线圈导线加热头端3-7与感应加热线圈6-6的一端连接，其另一根经过感应线圈导线输出端3-2、感应线圈导线加热头端3-8与感应加热线圈6-6的另一端连接。

其中，光头保护气通道和光头冷却循环水通道位于激光熔覆光头外部的部分与激光熔覆光头内部通道由等径的铜管组成，两种通道铜管与激光熔覆光头接口使用焊接方法连接并确保密封。光头保护气通道为单向输出通道。光头冷却循环水通道为输入端至输出端的串联连通通道，确保冷却水顺畅流通实现冷却控温功能。

实施例7

从图11可知，本发明激光熔覆用复合装置还包括支撑杆7，支撑杆7一端连接在准直镜座3的侧面，另一端设置有支撑杆转接基座7-8；支撑杆7为双层结构，其内层包覆激光光纤，内外层之间设置感应线圈导线、光头冷却水管路、光头保护气管线、合金粉末通道，端面使用预制密封环配合O型圈实现密封。

具体地说：支撑杆7设置有多个水平通道，其中心为激光光纤通道，其两端开口为激光光纤安装孔7-7；激光光纤通道的外围：感应线圈导线通道为两道，一道的两端开口为感应线圈导线输入端7-1、另一道的两端开口为感应线圈导线输出端7-2，光头冷却水管路的通道为两道，一道的两端开口为光头冷却水输入端7-5、另一道的两端开口为光头冷却水输出端7-6，光头保护气通道两端的开口为光头保护气输入端7-3、合金粉末通道两端的开口为合金粉末输入端7-4。

支撑杆7通过双层结构合理布局安排激光光纤、感应线圈导线、光头冷却水管线，光头保护气管线、合金粉末通道等，实现隔热保温，保护激光传输光纤及输送冷却水、保护气、熔覆合金粉的管线不受高温环境影响，保证感应加热复合熔覆光头工作稳定、质量一致。

本发明激光熔覆用复合装置的优点是：一、激光、合金粉末、光头保护气、冷却水等均通过激光镜座组件到达送粉喷嘴，克服了现有管道在光头外部受环境影响大的缺点，保证了激光熔覆质量；二、感应加热装置与激光熔覆光头复合，使在激光熔覆时输入热源为点状输入与面状输入相结合，使得激光的输入功率需求减小、热源集中、熔覆层与基体结合力强，提高熔覆层质量和效率；三、矩形线圈加之软铁导磁体的设置，实现定向加热零件基材，避免激光熔覆光头的加热升温，延长了激光熔覆光头的使用寿命；四、采用矩形平面的线圈加之软铁导磁体引导磁力线通过需要加热的方向，实现围绕熔覆加工区的矩形定向加热场，通过预热减小熔覆层应力产生，通过后热处理减少气孔、裂纹等缺陷，提高熔覆层均质性，提高熔覆层成型质量。实现定向加热零件基材；五、感应加热装置实时检测光头下方零件熔覆区域温度，反馈感应加热控制器，感应加热控制器自动调控电压电流，实现对零件熔覆区稳定加热控温。