一种基于双焦点透镜产生预热和缓冷光的激光熔覆设备制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于双焦点透镜产生预热和缓冷光的激光熔覆设备，所述设备包括：激光器、反射镜、双焦点透镜、送粉系统、工作台；其中，工件放置于工作台上，并且位于双焦点透镜的下方；激光器水平输出激光，激光经过反射镜反射后，垂直入射到双焦点透镜上，双焦点透镜产生两个焦点，其中，透镜中心区域长焦距焦点位于工件表面，短焦距焦点位于工件表面以上，照射到基材上形成以光轴为中心的光斑。这样中间的功率密度高用于熔化基材表面形成熔池，周围的功率密度低，适合预热和加工后处理。这样的布局形成了合理的预热、熔覆、热处理的工序，大幅度提高激光能量的利用率，降低熔覆过程中的温度梯度，以及减小涂层内的残余应力。

Laser cladding equipment for producing preheating and cold light based on bifocal lens

The utility model discloses a laser cladding equipment and preheating luminescent bifocal lens based on the device comprises a laser, mirror, double focus lens, powder feeding system, working table; among them, the workpiece is placed on the table below, and is located in the dual focus lens; laser laser output level. After laser mirrors, incident perpendicular to the focus lens, bifocal lens has two focal points, among them, the center of the lens focal region the focus is on the workpiece surface, the focus is on the short focal length of workpiece surface, light to form an optical axis of the spot on the substrate. In this way, the intermediate power density is high, used to melt the base material surface, forming molten pool, the surrounding power density is low, suitable for preheating and post-processing. Such a layout forms a reasonable process of preheating, cladding and heat treatment, greatly improving the utilization of laser energy, reducing the temperature gradient in the cladding process, and reducing the residual stress in the coating.

【技术实现步骤摘要】
一种基于双焦点透镜产生预热和缓冷光的激光熔覆设备
本技术涉及激光熔覆加工
，具体涉及一种基于双焦点透镜产生预热和缓冷光的激光熔覆设备。
技术介绍
作为20世纪科学技术发展的主要标志和现代信息社会光电子技术的支柱之一，激光技术和激光产业的发展受到世界先进国家的高度重视。激光加工是国内外激光应用中最大的项目，也是对传统产业改造的重要手段，主要实现对各种材料的切割、焊接、熔覆、打孔、雕刻和热处理等。其中激光熔覆加工是近十年来发展起来的多学科交叉应用技术，是在计算机技术、材料科学、激光技术、数控技术以及检测技术充分发展的基础上，发展的材料累加“再制造”方法。激光熔覆是个极快速的动态熔化和凝固过程，在室温下裂纹率很高。对基体表面预热缓冷，可以减少熔覆过程中产生的过大温度梯度，从而减少或者避免裂纹的产生。基体预热缓冷实际上就是通过预加温降低了熔覆层由表及里的温度梯度，也即减缓了覆层的冷却速度，从而使覆层开裂几率降低。未经过预热缓冷的基体，材料与基体的结合强度低，而经过表面预热缓冷的基体，可以发生良好的结合强度。在其他条件相同的情况下，对基材进行预热缓冷处理，是减小开裂倾向的有效措施。目前激光熔覆过程常用的预热缓冷方法主要包括系统外部提供加热和利用激光加热。申请号为‘CN200710159310.8’的高热导率基体激光熔覆加工方法及所用系统；2009年魏青松等《大台面选择性激光烧结快速成形预热优化设计》的预热系统；2012年高雪松等《高频感应辅助激光熔覆MCrAlY涂层的微观组织及其抗氧化性能》都是采用外部加热，获得表面形貌较好的涂层，但是这些方法都存在能量利用率较低，结构复杂等不足。申请号为‘CN201110352257.X’的一种具有预热与后热功能且高效的三光束激光熔覆无裂纹涂层的方法；申请号为‘CN201410480190.1’的一种激光熔覆过程利用椭圆形均匀光束的预热缓冷方法，均采用焦点基于工作面的横向分布的排列方式，预热加工和缓冷激光始终在一平面，熔覆路径只能是直线。但实际加工过程中零件裂纹形状复杂，而且长度很短，激光束轨迹必须与裂纹形状时刻相匹配，该种办法存在着实用性不高的缺点。申请号为‘CN201610144326.0’的一种带有预热和热处理的复杂零件分段激光熔覆再制造的方法采用一路激光分段加工，分别进行预热加工和缓冷工艺，加工过程复杂，加工效率不高。
技术实现思路
本技术的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种基于双焦点透镜产生预热和缓冷光的激光熔覆设备。本技术的目的可以通过采取如下技术方案达到：一种基于双焦点透镜产生预热和缓冷光的激光熔覆设备，所述设备包括：激光器1、反射镜2、双焦点透镜3、送粉系统5、工作台7；其中，工件6放置于所述工作台7上，并且位于所述双焦点透镜3的下方；所述激光器1水平输出激光，激光经过所述反射镜2反射后，垂直入射到所述双焦点透镜3上，所述双焦点透镜3产生两个焦点并在工件6的表面上形成两个同一光轴的光斑，分别用于熔覆加工以及预热、缓冷；所述送粉系统5用于所述装置在熔覆加工时向工件6表面的熔池内添加合金粉末。进一步地，所述双焦点透镜3由两个不同曲面的聚焦镜构成，中间曲面部分的焦距较长，外围曲面部分的焦距较短。进一步地，所述双焦点透镜3产生2个焦点并在工件的表面上形成2个同一光轴的光斑，经过中间曲面部分的激光束为第一光束，其焦点位于工件6的表面，经过外围曲面部分的激光束为第二光束，其焦点位于工件6的表面上方。进一步地，所述第一光束用于熔覆加工，所述第二光束用于熔覆预热和缓冷。进一步地，所述激光器1为增益介质为Nd:YAG半导体泵浦固体激光器，波长为1064nm，光斑直径为2mm，最大输出功率为10KW，用于提供激光熔覆光源。进一步地，所述双焦点透镜3的两面镀有1064nm增透膜。进一步地，所述送粉系统5包括侧向送粉头4，所述送粉系统5通过所述侧向送粉头4将合金粉末吹入工件6表面的熔池内。进一步地，所述反射镜2与所述激光器1水平输出的激光呈45度设置。本技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：1)本技术公开的一种基于双焦点透镜产生预热和缓冷光的激光熔覆设备采用双焦点透镜作为熔覆聚焦镜，在光轴上的两个不同位置得到两个焦点，用一个透镜实现一束激光束变为两束激光。代替常用的两台激光产生两束激光的方法，或者一台激光器加上复杂的分光系统生产两束激光的方法，减少了设备的成本和外形，降低设备的复杂性。2)本技术公开的一种基于双焦点透镜产生预热和缓冷光的激光熔覆设备采用透镜中心区域长焦距焦点位于工件表面，短焦距焦点位于工件表面以上，照射到基材上形成以光轴为中心的光斑。这样中间的功率密度高用于熔化基材表面形成熔池，周围的功率密度低，适合预热和加工后处理。这样的布局形成了合理的预热、熔覆、热处理的工序，加工时候只要激光以光斑边缘开始作用于工件，就可以实现具有预热和缓冷处理的激光熔覆。3)本技术公开的一种基于双焦点透镜产生预热和缓冷光的激光熔覆设备用于熔覆的激光位于中心区域，而用于预热和缓冷的装置位于外围部分，两者构成一个以光轴为中心的光斑，不再是三者处于同一直线位置的独立光束，具有单束激光加工的灵活性，不在要求熔覆路径只能是直线。之前采用单束激光的加工过程中，预热、熔覆、热处理三个处理过程分别加工，多次往返，该设备减少加工环节，降低系统复杂度，简化加工工序，提高了加工效率和加工质量。4)本技术公开的一种基于双焦点透镜产生预热和缓冷光的激光熔覆设备采用基材预热与涂层缓冷相结合的方法，可以大幅度提高激光能量的利用率，降低熔覆过程中的温度梯度，以及减小涂层内的残余应力。降低涂层的稀释率，保证涂层与基材呈冶金结合，减小基材的热影响区，从而高效的获得无变形、无裂纹的高性能涂层。获得的熔覆层组织致密，晶粒细化，明显提高了工件的使用寿命和耐磨，耐腐蚀、抗开裂与抗热震性能。附图说明图1是本技术公开的一种基于双焦点透镜产生预热和缓冷光的激光熔覆设备的组成结构图；其中，1---激光器，2---反射镜，3---双焦点透镜，4---侧向送粉头，5---送粉系统，6---工件，7---工作台。具体实施方式为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。实施例如图1所示，本实施例公开的一种基于双焦点透镜产生预热和缓冷光的激光熔覆设备包括：激光器1、反射镜2、双焦点透镜3、侧向送粉头4、送粉系统5、工件6、工作台7。其中激光器1为增益介质为Nd:YAG半导体泵浦固体激光器，波长为1064nm，光斑直径为2mm，最大输出功率为10KW，用于提供激光熔覆光源。从激光器1水平输出的激光，经过与水平激光光路呈45度设置的反射镜2反射后，垂直入射到双焦点透镜3上。双焦点透镜3是由两个不同曲面组成，中间曲面部分的焦距较长，其焦点位于工件的表面，外围曲面部分焦距较短，其焦点位于工件的表面上方，这样就实现单一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于双焦点透镜产生预热和缓冷光的激光熔覆设备，其特征在于，所述设备包括：激光器(1)、反射镜(2)、双焦点透镜(3)、送粉系统(5)、工作台(7)；其中，工件(6)放置于所述工作台(7)上，并且位于所述双焦点透镜(3)的下方；所述激光器(1)水平输出激光，激光经过所述反射镜(2)反射后，垂直入射到所述双焦点透镜(3)上，所述双焦点透镜(3)产生两个焦点并在工件(6)的表面上形成两个同一光轴的光斑，分别用于熔覆加工以及预热、缓冷；所述送粉系统(5)用于所述设备在熔覆加工时向工件(6)表面的熔池内添加合金粉末。

【技术特征摘要】
1.一种基于双焦点透镜产生预热和缓冷光的激光熔覆设备，其特征在于，所述设备包括：激光器(1)、反射镜(2)、双焦点透镜(3)、送粉系统(5)、工作台(7)；其中，工件(6)放置于所述工作台(7)上，并且位于所述双焦点透镜(3)的下方；所述激光器(1)水平输出激光，激光经过所述反射镜(2)反射后，垂直入射到所述双焦点透镜(3)上，所述双焦点透镜(3)产生两个焦点并在工件(6)的表面上形成两个同一光轴的光斑，分别用于熔覆加工以及预热、缓冷；所述送粉系统(5)用于所述设备在熔覆加工时向工件(6)表面的熔池内添加合金粉末。2.根据权利要求1所述的一种基于双焦点透镜产生预热和缓冷光的激光熔覆设备，其特征在于，所述双焦点透镜(3)由两个不同曲面的聚焦镜构成，中间曲面部分的焦距较长，外围曲面部分的焦距较短。3.根据权利要求2所述的一种基于双焦点透镜产生预热和缓冷光的激光熔覆设备，其特征在于，所述双焦点透镜(3)产生2个焦点并在工件的表面上形成2个同一光轴的光斑，经过中间曲面部分的激光束为第一光束，其焦点位于工件(6)的表面，经过...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱思祁，尹浩，陈振强，李真，何铁锋，吕启涛，袁剑，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：新型
国别省市：广东,44