使用单激光光束实现双光斑复合能场的方法、装置、工艺及其应用制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种激光熔覆工艺中使用单激光光束实现双光斑复合能场的方法、装置、工艺及其应用。所述方法包括：接收入射的激光光束，透过一正棱台半透反射镜，形成穿过其上下底面的第一光路，以及经其侧面反射面反射形成的第二光路；在所述第二光路中设置环形反光镜，将第二光路中照射的光束反射到工件表面，形成环形光斑；在所述第一光路中设置锥形反射镜，将第一光路中照射的光束反射到多个旋转的反光镜中，通过旋转的反光镜投射到工件表面，形成搅拌光斑。本发明专利技术通过单光束形成环形光斑和搅拌光斑的双光斑复合能场，解决传统激光熔覆中的气孔率较多、晶粒粗大，粉末熔化不均匀以及熔覆层表面不平整的问题。

【技术实现步骤摘要】
使用单激光光束实现双光斑复合能场的方法、装置、工艺及其应用本申请案为申请号为201911407297.2，专利技术名称为单光束双光斑复合能场激光熔覆头及其光学组件的分案申请。
本专利技术涉及激光熔覆
，具体涉及一种在激光熔覆工艺中使用单激光光束实现双光斑复合能场的装置、方法、激光熔覆工艺及以及其在不锈钢表面熔覆加工的应用。
技术介绍
激光熔覆(LaserCladding)技术是一种新兴的快速成型技术，通过送粉器快速送粉的方式在被熔覆基体表面上喷射粉末材料同时经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低、并与基体成冶金结合的表面涂层，显著改善基层表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性，从而达到表面改性或修复的目的，既满足了对材料表面特定性能的要求，又节约了大量的贵重元素。该技术具有熔覆层组织致密、成形快、生产周期短、实现材料梯度功能、柔性化程度高可控性好等优点，因此应用前景十分广阔。然而，现有的激光熔覆加工头在单光斑激光熔覆中往往存在气孔率较多、晶粒粗大，粉末熔化不均匀以及熔覆层表面不平整的问题，这些问题严重阻碍了激光熔覆技术的发展。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种单光束双光斑复合能场激光熔覆头以及在激光熔覆工艺中使用单激光光束实现双光斑复合能场的装置和方法，通过锥台半透光反光镜上将激光光源一分为二，形成用于熔池搅拌的搅拌光斑光路以及用于激光熔覆的环形光斑，通过环形光斑进行激光熔覆，搅拌光斑进行熔池搅拌和双能场重熔，有效解决了激光熔覆中往往存在气孔率较多、晶粒粗大，粉末熔化不均匀以及熔覆层表面不平整的问题。本专利技术还提出一种激光熔覆工艺中使用单激光光束实现双光斑复合能场在激光熔覆工艺中的应用，尤其是在不锈钢基板表面的打印应用。为实现上述目的，本专利技术的第一方面提出一种单光束双光斑复合能场激光熔覆头，包括：支撑架，构造成具有第一部分和第二部分，其中第一部分位于第二部分的上部，并定义了供激光光束射入的通道；设置在支撑架的第二部分的中央位置的正棱台半透反射镜，具有允许激光光束透过的底面以及反射激光光束的侧面；围绕所述正棱台半透反射镜的外侧设置的环形反光镜，其中环形反光镜的反光面与正棱台半透反射镜的侧面平行；位于支撑架的第二部分、并支撑所述环形反光镜的第一垫板；位于支撑架的第二部分、并支撑所述正棱台半透反射镜的固定板，卡在所述第一垫板形成的空腔内；设置在固定板的下方的套筒托架，所述套筒托架的底面中央位置设置有与所述正棱台半透反射镜相对的锥形反射镜；以及设置在所述套筒托架的侧面、并可受驱动而旋转的反光镜，所述反光镜的反射面朝向锥形反射镜的侧面。进一步地，通过支撑架第一部分的通道所射入的激光光束形成的的光斑的内光斑透过正棱台半透反射镜的底面垂直向下照射到锥形反射镜，经过锥形反射镜反射到旋转的反光镜,投射到工件表面形成激光搅拌光斑；外光斑通过正棱台半透反射镜的侧面反射到环形反光镜上，通过环形反光镜再反射到工件表面，形成用于激光熔覆的环形光斑。进一步地，所述正棱台半透反射镜内圆透光直径为D，锥形反光镜的外圆最大直径为d，其中D＝d。进一步地，所述支撑架的第二部分形成一空腔，用于容纳所述的正棱台半透反射镜、环形反光镜以及第一垫板。进一步地，所述空腔的直径大于所述通道的直径。进一步地，所述空腔的顶部还设置有一圆环形垫片，所述环形反光镜压紧在圆环形垫片与第一垫片之间。进一步地，所述圆环形垫片为缓冲垫片。进一步地，所述圆环形垫片的内圆直径与支撑架的第一部分的通道的直径相同。进一步地，所述设置在套筒托架的侧面的反光镜的旋转角度大于等于环形光斑的光斑半径。进一步地，所述支撑架的第二部分底部边缘还设置有环形挡块，压紧第一垫板。根据本专利技术的第二方面还提出一种用于单光束双光斑复合能场激光熔覆头的光学组件，包括：位于入射通路的正棱台半透反射镜，其具有允许激光光束透过的底面以及反射激光光束的侧面；围绕正棱台半透反射镜的外侧设置的环形反光镜，其中环形反光镜的反光面与正棱台半透反射镜的侧面平行；位于正棱台半透反射镜的下方的锥形反射镜，接收透过正棱台半透反射镜的底面的光束，并进行反射；位于锥形反射镜的反射光路上，并且反射面与所述锥形反射镜的侧面相对的可旋转的反射镜；其中，所述入射的激光光束的形成的的光斑的内光斑透过正棱台半透反射镜的底面，垂直向下照射到锥形反射镜，经过锥形反射镜反射到旋转的反光镜,投射到工件表面形成激光搅拌光斑，构成激光搅拌光路；所述入射的激光光束的形成的的光斑的外光斑经由正棱台半透反射镜的侧面反射到环形反光镜上，通过环形反光镜再反射到工件表面，形成用于激光熔覆的环形光斑，构成激光熔覆光路。进一步地，所述正棱台半透反射镜内圆透光直径为D，锥形反光镜的外圆最大直径为d，其中D＝d。进一步地，所述反光镜的旋转角度大于等于环形光斑的光斑半径。根据本专利技术的第三方面还提出一种激光熔覆工艺中使用单激光光束实现双光斑复合能场的方法，包括以下步骤：接收入射的激光光束，透过一正棱台半透反射镜，形成穿过正棱台半透反射镜上下底面的第一光路，以及经正棱台半透反射镜侧面反射面反射形成的第二光路；在所述第二光路中设置环形反光镜，所述环形反光镜的反射面朝向正棱台半透反射镜侧面反射面，将第二光路中照射的光束反射到工件表面，形成环形光斑；在所述第一光路中设置锥形反射镜，将第一光路中照射的光束反射到多个旋转的反光镜中，通过旋转的反光镜投射到工件表面，形成搅拌光斑，与所述环形光斑形成双光斑复合能场，其中反光镜的反射面朝向锥形反射镜的侧面。根据本专利技术的第四方面还提出一种激光熔覆工艺中使用单激光光束实现双光斑复合能场的装置，包括：正棱台半透反射镜，具有上下底面以及侧面反射面，所述正棱台半透反射镜被设置用于接收入射的激光光束，并经过上下底面透射后形成第一光路，以及经过侧面反射面反射后形成第二光路；位于所述第二光路中设置的环形反光镜，所述环形反光镜的反射面朝向正棱台半透反射镜侧面反射面，用于将第二光路中照射的光束反射到工件表面，形成环形光斑；位于所述第一光路中设置的锥形反射镜，所述锥形反射镜用于将第一光路中照射的光束反射到多个旋转的反光镜中，通过旋转的反光镜投射到工件表面，形成搅拌光斑，与所述搅拌光斑形成双光斑复合能场；其中反光镜的反射面朝向锥形反射镜的侧面。根据本专利技术的第五方面还提出一种激光熔覆加工工艺，包括以下步骤：接收入射的激光光束，透过一正棱台半透反射镜，形成穿过正棱台半透反射镜上下底面的第一光路，以及经正棱台半透反射镜侧面反射面反射形成的第二光路；通过第二光路中设置环形反光镜，将第二光路中照射的光束反射到工件表面，形成环形光斑，通过环形光斑进行激光熔覆；通过第一光路的锥形反射镜，将第一光路中照射的光束反射到多个旋转的反光镜中，再通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光熔覆工艺中使用单激光光束实现双光斑复合能场的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n接收入射的激光光束，透过一正棱台半透反射镜，形成穿过正棱台半透反射镜上下底面的第一光路，以及经正棱台半透反射镜侧面反射面反射形成的第二光路；/n在所述第二光路中设置环形反光镜，所述环形反光镜的反射面朝向正棱台半透反射镜侧面反射面，将第二光路中照射的光束反射到工件表面，形成环形光斑；/n在所述第一光路中设置锥形反射镜，将第一光路中照射的光束反射到多个旋转的反光镜中，通过旋转的反光镜投射到工件表面，形成搅拌光斑，与所述环形光斑形成双光斑复合能场，其中反光镜的反射面朝向锥形反射镜的侧面。/n

【技术特征摘要】
1.一种激光熔覆工艺中使用单激光光束实现双光斑复合能场的方法，其特征在于，包括以下步骤：
接收入射的激光光束，透过一正棱台半透反射镜，形成穿过正棱台半透反射镜上下底面的第一光路，以及经正棱台半透反射镜侧面反射面反射形成的第二光路；
在所述第二光路中设置环形反光镜，所述环形反光镜的反射面朝向正棱台半透反射镜侧面反射面，将第二光路中照射的光束反射到工件表面，形成环形光斑；
在所述第一光路中设置锥形反射镜，将第一光路中照射的光束反射到多个旋转的反光镜中，通过旋转的反光镜投射到工件表面，形成搅拌光斑，与所述环形光斑形成双光斑复合能场，其中反光镜的反射面朝向锥形反射镜的侧面。


2.根据权利要求1所述的激光熔覆工艺中使用单激光光束实现双光斑复合能场的方法，其特征在于，将所述环形反光镜的反光面设置成与正棱台半透反射镜的侧面反射面平行。


3.根据权利要求1所述的激光熔覆工艺中使用单激光光束实现双光斑复合能场的方法，其特征在于，所述搅拌光斑形成过程中，由多个旋转的反光镜对通过锥形反射镜的反射面分出的光束进行汇聚形成小光斑，调节反射镜的旋转来调节搅拌光斑。


4.根据权利要求1所述的激光熔覆工艺中使用单激光光束实现双光斑复合能场的方法，其特征在于，将所述反射镜的数量设置成与锥形反射镜反射面的数量相同。


5.一种激光熔覆工艺中使用单激光光束实现双光斑复合能场的装置，其特征在于，包括：
正棱台半透反射镜，具有上下底面以及侧面反射面，所述正棱台半透反射镜被设置用于接收入射的激光光束，并经过上下底面透射后形成第一光路，以及经过侧面反射面反射后形成第二光路；
位于所述第二光路中设置的环形反光镜，所述环形反光镜的反射面朝向正棱台半透反射镜侧面反射面，用于将第二光路中照射的光束反射到工件表面，形成环形光斑；
位于所述第一光路中设置的锥形反射镜，所述锥形反射镜用于将第一光路中照射的光束反射到多个旋转的反光镜中，通过旋转的反光镜投射到工件表面，形成搅拌光斑，与所述搅拌光斑形成双光斑复合能场；其中反...

【专利技术属性】
技术研发人员：唱丽丽，邢月华，邢飞，蒋士春，彭明新，
申请(专利权)人：南京中科煜宸激光技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32