一种含分束镜的可预热回火的激光熔覆头及加工方法技术

本发明专利技术涉及一种含分束镜的可预热回火的激光熔覆头，属于激光加工设备领域。含分束镜的可预热回火的激光熔覆头的壳体顶端设有光纤，壳体的底端设有喷嘴；所述的光路系统位于壳体及喷嘴内；高能激光通过光纤向壳体内射入激光束，该激光束通过光路系统折射成预热回火激光束与加工激光束；所述的喷嘴中心设有送粉通道；预热回火激光束、加工激光束及送粉通道的出粉点汇聚成一点。本发明专利技术提供的含分束镜的可预热回火的激光熔覆头，预热回火激光束可在熔覆头前进方向上对待加工点进预热，在熔覆头后退方向上对已形成的熔覆层表面进行去应力回火，从而大大降低熔覆层因单激光束快速加热和快速冷却导致的残余应力、裂纹敏感，组织不均的影响。

A preheat and tempered laser cladding head with beam splitting mirror and its processing method

【技术实现步骤摘要】
一种含分束镜的可预热回火的激光熔覆头及加工方法
本专利技术涉及一种含分束镜的可预热回火的激光熔覆头及加工方法，属于激光加工设备领域。
技术介绍
激光熔覆可以在金属基材上制备出高性能的合金表面，在节约贵重稀有金属的同时降低成本，因此世界上各工业先进的国家对激光熔覆技术的研究及应用都十分重视。由于激光束直接辐照在材料表面使其迅速熔化形成熔池,当激光束发生移动时，原先的熔池由于激光束的离开而失去能量输入，熔池快速凝固并与材料表面形成冶金结合。材料表面的快速加热和快速冷却的造成过大的温度梯度,容易导致熔覆层中存在较大的残余应力,具有较高的开裂敏感性，较差的组织均匀性。这些因素极大地限制了是激光熔覆在工业中的应用。因此在激光熔覆过程中，降低材料表面因快速加热和快速冷却而导致过大的温度梯度，具有十分重要的意义。在现有专利201720388183.8公开文献中提出了多角度可预热回火式激光熔覆头，该熔覆头能够安装在工业机器人轴上,或安装在改造的数控机床的主轴上,能够多方位对基材进行预热,对熔覆层进行回火,大大地减小了温度梯度,有效降低因单激光束快热快冷所造成的残余应力、裂纹敏感、组织不均的影响。但是该装置无法灵活改变预热光束和回火光束的功率，并且光斑能量分布单一；此外当熔覆头运动的时候，其只能在特定方向上能对待工件表面进行预热回火。
技术实现思路
本专利技术针对上述问题提供了一种含分束镜的可预热回火的激光熔覆头。本专利技术采用如下技术方案：本专利技术所述的含分束镜的可预热回火的激光熔覆头，包括光纤，壳体，喷嘴，光路系统；所述的壳体顶端设有光纤，壳体的底端设有喷嘴；所述的光路系统位于壳体及喷嘴内；高能激光通过光纤向壳体内射入激光束，该激光束通过光路系统折射成预热回火激光束与加工激光束；所述的喷嘴中心设有送粉通道；预热回火激光束、加工激光束及送粉通道的出粉点汇聚成一点。本专利技术所述的含分束镜的可预热回火的激光熔覆头，所述的光路系统包括准直镜、分束镜、全反射镜、加工聚焦镜、若干个预热回火聚焦镜；所述的喷嘴内还设有加工激光通道，预热回火激光通道；所述的加工激光通道与预热回火激光通道分别位于送粉通道的两侧，加工激光通道与预热回火激光通道的底端向送粉通道的底端靠拢，加工激光通道与预热回火激光通道成V形设置；所述的加工激光通道的上方设有准直镜及分束镜；加工激光通道内设有聚焦镜安装槽一，聚焦镜安装槽一内设有加工聚焦镜；准直镜、分束镜及加工聚焦镜的中心轴向与加工激光通道的中心轴线保持一致；所述的预热回火激光通道的上方设有全反射镜，预热回火激光通道内设有若干个聚焦镜安装槽二，聚焦镜安装槽二内分别设有预热回火聚焦镜；所述的分束镜的面向准直镜的一端面向全反射镜倾斜；全反射镜面向预热回火激光通道向全反射镜端面倾斜。本专利技术所述的含分束镜的可预热回火的激光熔覆头，高能激光由光纤形成入射激光束射入准直镜中，准直镜射出的光路为平行激光束，平行激光束经过分束镜形成加工激光束，加工激光束射入加工激光通道；部分平行激光束经过分束镜发生分束形成分束反射激光束，分束反射激光束由全反射镜反射形成预热回火激光束；预热回火激光束射入预热回火激光通道。本专利技术所述的含分束镜的可预热回火的激光熔覆头，所述平行激光束与分束镜之间的夹角为α，该夹角α为锐角；所述全反射镜与分束反射激光束之间的夹角为β，该夹角β为锐角；所述若干个预热回火聚焦镜由一个聚焦镜或者两个及两个以上不同类型的聚焦镜同轴设置组成；预热回火激光束与加工激光束的加工聚焦点为同一聚焦点。本专利技术所述的含分束镜的可预热回火的激光熔覆头，所述的加工激光束作用在工件表面为小光斑，预热回火激光束作用在加工件表面为大光斑，预热回火激光束通过预热回火聚焦镜控制光斑的形状与尺寸。本专利技术所述的含分束镜的可预热回火的激光熔覆头，所述的送粉通道的截面成锥形。本专利技术所述的含分束镜的可预热回火的激光熔覆头，所述的加工激光束的功率大于分束反射激光束的功率。本专利技术所述的含分束镜的可预热回火的激光熔覆头的加工方法，将激光熔覆头与加工工件置于加工位，启动激光熔覆头；在激光熔覆头前进方向上，利用低功率的预热回火激光束24以大光斑先对工件表面待加工点进行预热；利用高功率的加工激光束22对已预热的工件表面正式进行加工；在熔覆头后退方向上，低功率的预热回火激光束24对刚刚形成的熔覆层进行去应力回火；加工完成。有益效果本专利技术提供的含分束镜的可预热回火的激光熔覆头，其内部设置有光路系统，光路系统由多个不同镜片组成，光路系统为激光熔覆头提供预热回火激光束和加工激光束，加工激光束用于对工件表面正式加工，预热回火激光束可在熔覆头前进方向上对待加工点进预热，在熔覆头后退方向上对已形成的熔覆层表面进行去应力回火，从而大大降低熔覆层因单激光束快速加热和快速冷却导致的残余应力、裂纹敏感，组织不均的影响。本专利技术提供的含分束镜的可预热回火的激光熔覆头，其喷嘴内部设置有预热回火激光通道，聚焦镜安装槽内部可设置多个不同类型的聚焦镜；通过在预热回火激光通道上设置有多个不同类型的聚焦镜可改变经聚焦镜折射后预热回火激光束的形状和尺寸，进而改变加工点的预热温度和已形成熔覆层的回火温度。附图说明图1是本专利技术的含分束镜的可预热回火的激光熔覆头的整体结构示意图；图2是本专利技术的含分束镜的可预热回火的激光熔覆头光路示意图。图中1是光纤；2是入射激光束；3是准直镜；4是分束镜；5是喷嘴；6是金属粉末；7是全反射镜；8是壳体；21是平行激光束；22是加工激光束；23是分束反射激光束；24是预热回火激光束；51是加工聚焦镜；52是聚焦镜安装槽一；53是加工激光通道；54是送粉通道；55是预热回火激光通道；56是聚焦镜安装槽二；57是预热回火聚焦镜。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本专利技术实施例的附图，对本专利技术实施例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专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示：本专利技术的含分束镜的可预热回火的激光熔覆头；其主要包括光纤1、光路系统、壳体8和喷嘴5。以壳体8为主体，光纤1设置于壳体8的上部，光纤1用于传输高能激光；高能激光通过所述光纤1进入所述壳体内部8；喷嘴5设置于壳体8下部，光路系统设置于壳体8的内部。喷嘴5上设置有加工激光通道53、预热回火激光通道55、聚焦镜安装槽一52、聚焦镜安装槽二53和一个送粉通道54；加工激光通道53设置于加工激光束22的光路上，预热回火激光通道55设置于预热回火激光束24的光路上；在加工激光通道53和所述预热回火激光通道55之间设置有一锥形的送粉通道54。本本专利技术的光路系统为激光熔覆头提供预热回火激光束24和加工激光束22，预热回火激光束24对工件本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含分束镜的可预热回火的激光熔覆头，其特征在于：包括光纤，壳体，喷嘴，光路系统；所述的壳体顶端设有光纤，壳体的底端设有喷嘴；所述的光路系统位于壳体及喷嘴内；高能激光通过光纤向壳体内射入激光束，该激光束通过光路系统折射成预热回火激光束与加工激光束；所述的喷嘴中心设有送粉通道；预热回火激光束、加工激光束及送粉通道的出粉点汇聚成一点。/n

【技术特征摘要】
1.一种含分束镜的可预热回火的激光熔覆头，其特征在于：包括光纤，壳体，喷嘴，光路系统；所述的壳体顶端设有光纤，壳体的底端设有喷嘴；所述的光路系统位于壳体及喷嘴内；高能激光通过光纤向壳体内射入激光束，该激光束通过光路系统折射成预热回火激光束与加工激光束；所述的喷嘴中心设有送粉通道；预热回火激光束、加工激光束及送粉通道的出粉点汇聚成一点。


2.根据权利要求1所述的含分束镜的可预热回火的激光熔覆头，其特征在于：所述的光路系统包括准直镜、分束镜、全反射镜、加工聚焦镜、若干个预热回火聚焦镜；
所述的喷嘴内还设有加工激光通道，预热回火激光通道；所述的加工激光通道与预热回火激光通道分别位于送粉通道的两侧，加工激光通道与预热回火激光通道的底端向送粉通道的底端靠拢，加工激光通道与预热回火激光通道成V形设置；
所述的加工激光通道的上方设有准直镜及分束镜；加工激光通道内设有聚焦镜安装槽一，聚焦镜安装槽一内设有加工聚焦镜；准直镜、分束镜及加工聚焦镜的中心轴向与加工激光通道的中心轴线保持一致；
所述的预热回火激光通道的上方设有全反射镜，预热回火激光通道内设有若干个聚焦镜安装槽二，聚焦镜安装槽二内分别设有预热回火聚焦镜；
所述的分束镜的面向准直镜的一端面向全反射镜倾斜；全反射镜面向预热回火激光通道向全反射镜端面倾斜。


3.根据权利要求2所述的含分束镜的可预热回火的激光熔覆头，其特征在于：高能激光由光纤形成入射激光束射入准直镜中，准直镜射出的光路为平行激光束，平行激光束经过分束镜形成加工激光束，加工激光束射入加工激光通道；
部分...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪中华，孙桂芳，陈明智，卢轶，王占栋，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32