应用于激光熔覆的靶面叠加式激光镜片模组系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种应用于激光熔覆的靶面叠加式激光镜片模组系统，包含有高功率激光模块、靶面叠加式激光镜片模组、水冷模块、送粉模块及保护气模块；高功率激光模块与靶面叠加式激光镜片模组相连，水冷模块分别与高功率激光模块及靶面叠加式激光镜片模组相连，送粉模块及保护气模块均与靶面叠加式激光镜片模组相连；本实用新型专利技术主要用于生成靶面叠加的混合双激光光束，以替代传统的单激光光束作用到激光熔覆技术上。本实用新型专利技术的优点有：结构简单，成本低，光束可调节性强，抗高反能力强，粉末穿透能力好，能解决急冷急热产生的应力问题，能提高激光熔覆效率与粉末利用率，双光束在传输过程中不会产生明显的损耗，能避免产生额外的热效应。

【技术实现步骤摘要】
应用于激光熔覆的靶面叠加式激光镜片模组系统
本技术涉及激光加工
，具体的说是涉及一种应用于激光熔覆的靶面叠加式激光镜片模组系统。
技术介绍
双激光光束作为一种新兴的技术，将是超高速激光熔覆技术的理想光源之一。与常规单束激光加工相比，业界已证实双光束激光加工具有显著的优越性，如可减少加工缺陷、开裂，提高加工效率，改善加工质量。双激光束加工目前多用于焊接领域，而对于双光束激光熔覆的研究还比较少。在现有技术中，有相关文献提出了采用一定光束间距的并联双激光光束进行铸铁表面熔覆技术，模拟时发现双激光光束有效提高了熔覆效率，并且相邻两熔道可彼此预热与缓冷，降低了熔覆过程中激光急剧升温与冷却产生的巨大温度梯度，有效减少了熔层和结合区的残余应力，达到了抑制裂纹产生的效果。由此可知，双激光光束应用在激光熔覆工艺上不仅有助于解决裂纹缺陷、稀释率过大等问题，还能有效地提高激光熔覆的工作效率。但目前关于双激光光束在激光熔覆工艺上的应用主要停留在理论模拟上，还没有进行相应的激光熔覆实验。
技术实现思路
针对
技术介绍
中的问题，本技术的目的在于提供一种应用于激光熔覆的靶面叠加式激光镜片模组系统，以获得混合型双激光光束，通过将其实实在在的应用至激光熔覆或激光焊接上，克服传统激光熔覆工艺仅停留在理论模拟上而没有转化为实践的问题，本技术提供的应用于激光熔覆的靶面叠加式激光镜片模组，不仅可以提高激光加工效率，并且还有效去除基材内应力。为实现上述目的，本技术采取的技术方案为：一种应用于激光熔覆的靶面叠加式激光镜片模组系统，包含有高功率激光模块、靶面叠加式激光镜片模组、水冷模块、送粉模块及保护气模块；所述高功率激光模块与所述靶面叠加式激光镜片模组相连，所述水冷模块分别与所述高功率激光模块及靶面叠加式激光镜片模组相连，所述送粉模块及保护气模块均与所述靶面叠加式激光镜片模组相连；其中，所述高功率激光模块、用于输出多路激光光束到所述靶面叠加式激光镜片模组中；所述靶面叠加式激光镜片模组、用于将高功率激光模块输出的多路激光光束合成两束后、经过扩束、反射及扫描处理后输出为能在金属合金粉末上形成靶面叠加的混合双激光光束；所述水冷模块、用于对高功率激光模块与靶面叠加式激光镜片模组进行水冷散热处理；所述送粉模块、用于向靶面叠加式激光镜片模组输送激光熔覆所需的金属合金粉末；所述保护气模块、用于向靶面叠加式激光镜片模组输送惰性保护气，以防止在激光熔覆过程金属合金粉末氧化和避免流体状的金属合金飞溅至靶面叠加式激光镜片模组内部。上述技术方案中，所述高功率激光模块包含至少两个高功率激光器，且每个高功率激光器均与所述靶面叠加式激光镜片模组及水冷模块相连。上述技术方案中，所述靶面叠加式激光镜片模组包含一个信号合束模块、一个QBH准直单元、一个光束扩束单元一个反射镜单元、一个f-θ场镜单元、一个保护镜单元、一个激光熔覆头及一个保护壳；所述信号合束模块一端对应与高功率激光模块所包含的每个高功率激光器的输出端相连，另一端对应与所述QBH准直单元相连，所述QBH准直单元固定在保护壳一端；所述激光熔覆头固定在保护壳另一端；所述光束扩束单元、反射镜单元、f-θ场镜单元及保护镜单元均设置在保护壳内，且光束扩束单元布设在QBH准直单元的输出光路上，反射镜单元布设在光束扩束单元的输出光路上，f-θ场镜单元布设在反射镜单元的输出光路上，保护镜单元布设在f-θ场镜单元的输出光路上，激光熔覆头布设在保护镜单元的输出光路上；其中，信号合束模块、用于将高功率激光模块输出的多路激光光束合成一束，并输入到QBH准直单元中；QBH准直单元、用于将信号合束模块输出的合束激光光束分成两路独立激光光束，并分别输送到光束扩束单元中；光束扩束单元、用于将由QBH准直单元输出的两路独立激光光束根据需要进行发射角减小，束腰半径变大处理，然后再以不同的入射角度入射至反射镜单元中；反射镜单元、用于将由光束扩束单元输出的入射角度不同的两路独立激光光束以预设好的不同反射角度分别反射至f-θ场镜单元中；f-θ场镜单元、用于根据需要调节由反射镜单元输出的反射角度不同的两路独立激光光束的作用范围，然后再将反射角度不同的两路独立激光光束透过保护镜单元输送到激光熔覆头中，并在由激光熔覆头输出的金属合金粉末上形成靶面叠加，与此同时对金属合金粉末进行加热；保护镜单元用于防止在激光熔覆过程流体状的金属飞溅至靶面叠加式激光镜片模组内部。上述技术方案中，在所述激光熔覆头内设有一个激光束传输通道、一个保护气输送通道及若干个送粉通道；所述激光束传输通道与保护镜单元出射端连通，所述保护气输送通道通过送气管与保护气模块连通，每个送粉通道通过一条送粉管与送粉模块连通。上述技术方案中，所述信号合束模块为一个光纤合束器；所述QBH准直单元为包含有两个QBH输出头的QBH准直器；所述光束扩束单元为一个扩束镜；所述反射镜单元为一个反射镜；所述f-θ场镜单元为一个F-Theta扫描场镜；所述保护镜单元为一个保护镜；所述激光熔覆头为一个宽带激光熔覆头。上述技术方案中，所述水冷模块为水冷机。上述技术方案中，所述送粉模块为金属粉末送粉机。上述技术方案中，所述保护气模块为惰性气体保护机。与现有技术相比，本技术的优点是：(1)传统的双激光光束需要采用繁琐的光学镜片系统，包括光束整形器DOE，分束镜，焦点控制DOE等等，而本技术仅采用简单的靶面叠加式镜片模组就能实现双激光光束的靶面，并且光束可调节性非常强；(2)本技术提供的靶面叠加式激光镜片模组可实现超高斯光束、M型光束、环形光束、螺旋光束及网格状光束等等各类双光束输出，并能在金属合金粉末上实现双光束靶面叠加，并能应用各类激光加工，比如激光熔覆，激光焊接，激光清洗，激光切割等等，该激光加工方式成本低、结构简单，抗高反能力强，粉末穿透能力好，不仅能解决急冷急热产生的应力问题，还能有效地提高激光熔覆效率和粉末利用率；(3)本技术提供的靶面叠加式激光镜片模组不包含合束器与分束器，双光束在传输过程中不会产生明显的损耗，从而能避免产生额外的热效应。附图说明图1为本技术的结构示意图；图2为本技术中激光熔覆头的立体结构示意图；图3为本技术中激光熔覆头的内部结构示意图；图4为本技术的一种应用实施例示意图；图5为本技术的另一种应用实施例示意图；附图标记说明：100、高功率激光模块；101、高功率激光器；200、靶面叠加式激光镜片模组；201、信号合束模块；202、QBH准直单元；203、光束扩束单元；204、反射镜单元；205、f-θ场镜单元；206、保护镜单元；207、激光熔覆头；207a、激光束传输通道；207b、保护气输送通道；207c、送粉通道；300、水冷模块；400、送粉模块；500、保护气模块；600本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于激光熔覆的靶面叠加式激光镜片模组系统，其特征在于：包含有高功率激光模块(100)、靶面叠加式激光镜片模组(200)、水冷模块(300)、送粉模块(400)及保护气模块(500)，所述高功率激光模块(100)与所述靶面叠加式激光镜片模组(200)相连，所述水冷模块(300)分别与所述高功率激光模块(100)及靶面叠加式激光镜片模组(200)相连，所述送粉模块(400)及保护气模块(500)均与所述靶面叠加式激光镜片模组(200)相连；/n其中，所述高功率激光模块(100)、用于输出多路激光光束到所述靶面叠加式激光镜片模组(200)中；/n所述靶面叠加式激光镜片模组(200)、用于将高功率激光模块(100)输出的多路激光光束合成两束后、经过扩束、反射及扫描处理后输出为能在金属合金粉末上形成靶面叠加的混合双激光光束；/n所述水冷模块(300)、用于对高功率激光模块(100)与靶面叠加式激光镜片模组(200)进行水冷散热处理；/n所述送粉模块(400)、用于向靶面叠加式激光镜片模组(200)输送激光熔覆所需的金属合金粉末(600)；/n所述保护气模块(500)、用于向靶面叠加式激光镜片模组(200)输送惰性保护气，以防止在激光熔覆过程金属合金粉末(600)氧化和避免流体状的金属合金飞溅至靶面叠加式激光镜片模组(200)内部。/n...

【技术特征摘要】
1.一种应用于激光熔覆的靶面叠加式激光镜片模组系统，其特征在于：包含有高功率激光模块(100)、靶面叠加式激光镜片模组(200)、水冷模块(300)、送粉模块(400)及保护气模块(500)，所述高功率激光模块(100)与所述靶面叠加式激光镜片模组(200)相连，所述水冷模块(300)分别与所述高功率激光模块(100)及靶面叠加式激光镜片模组(200)相连，所述送粉模块(400)及保护气模块(500)均与所述靶面叠加式激光镜片模组(200)相连；
其中，所述高功率激光模块(100)、用于输出多路激光光束到所述靶面叠加式激光镜片模组(200)中；
所述靶面叠加式激光镜片模组(200)、用于将高功率激光模块(100)输出的多路激光光束合成两束后、经过扩束、反射及扫描处理后输出为能在金属合金粉末上形成靶面叠加的混合双激光光束；
所述水冷模块(300)、用于对高功率激光模块(100)与靶面叠加式激光镜片模组(200)进行水冷散热处理；
所述送粉模块(400)、用于向靶面叠加式激光镜片模组(200)输送激光熔覆所需的金属合金粉末(600)；
所述保护气模块(500)、用于向靶面叠加式激光镜片模组(200)输送惰性保护气，以防止在激光熔覆过程金属合金粉末(600)氧化和避免流体状的金属合金飞溅至靶面叠加式激光镜片模组(200)内部。


2.根据权利要求1所述的应用于激光熔覆的靶面叠加式激光镜片模组系统，其特征在于：所述高功率激光模块(100)包含至少两个高功率激光器(101)，且每个高功率激光器(101)均与所述靶面叠加式激光镜片模组(200)及水冷模块(300)相连。


3.根据权利要求2所述的应用于激光熔覆的靶面叠加式激光镜片模组系统，其特征在于：所述靶面叠加式激光镜片模组(200)包含一个信号合束模块(201)、一个QBH准直单元(202)、一个光束扩束单元(203)、一个反射镜单元(204)、一个f-θ场镜单元(205)、一个保护镜单元(206)、一个激光熔覆头(207)及一个保护壳(208)；
所述信号合束模块(201)一端对应与高功率激光模块(100)所包含的每个高功率激光器(101)的输出端相连，另一端对应与所述QBH准直单元(202)相连，所述QBH准直单元(202)固定在保护壳(208)一端；所述激光熔覆头(207)固定在保护壳(208)另一端；所述光束扩束单元(203)、反射镜单元(204)、f-θ场镜单元(205)及保护镜单元(206)均设置在保护壳(208)内，且光束扩束单元(203)布设在QBH准直单元(202)的输出光路上，反射镜单元(204)布设在光束扩束单元(203)的输出光路上，f-θ场镜单元(205)布设在反射镜单元(204)的输出光路上，保护镜单元(206)布设在f-θ场镜单元(205)的输出光路上...

【专利技术属性】
技术研发人员：湛欢，汤磊，李震，刘梅，王亦军，辛志文，汪树兵，
申请(专利权)人：宝宇武汉激光技术有限公司，
类型：新型
国别省市：湖北;42