一种激光头、高速激光熔覆设备及方法技术

本发明专利技术公开一种激光头、高速激光熔覆设备及方法，属于激光加工技术领域。该激光头包括：壳体，壳体具有中空结构，中空结构用于传输激光束；第一接口，第一接口与壳体的中空结构贯通设置，第一接口用于固定第一激光器；第二接口；第二接口与壳体的中空结构贯通设置，第二接口用于固定第二激光器；反光镜，反光镜位置可调地设置于中空结构内，用于调整第一激光器和/或第二激光器发射的激光束方向，使激光束交替出射至壳体的激光出射口。本发明专利技术公开的激光头使激光清洗工艺与高速激光熔覆工艺高度结合，通过采用同一激光头即可完成整个激光清洗和熔覆工艺，降低了设备成本，提高了生产效率。本发明专利技术还公开了高速激光熔覆设备及方法。

【技术实现步骤摘要】
一种激光头、高速激光熔覆设备及方法
本专利技术涉及激光加工
，具体涉及一种激光头、高速激光熔覆设备及方法。
技术介绍
高速激光熔覆技术，是近年来发展出的新的金属表面涂层制备工艺。其利用激光能量加热粉末喷嘴送出的金属粉末，使其以熔融状态到达基材表面，冷却凝固后形成熔覆层，并与基材形成冶金结合。由于粉末的熔融不依赖与基材表面稳定熔池的形成，因此激光扫描速度大大高于传统的激光熔覆技术。一般激光扫描速度达到100mm/s时，即为高速激光熔覆，高速激光熔覆效率可以达到传统激光熔覆的100倍。现有技术中，高速激光熔覆技术在使用时，为了保证熔覆层与基材形成良好的冶金结合，避免产生夹杂，气孔等熔覆缺陷，需要去除基材表面的油污及氧化物。传统的去除方式包括砂纸打磨，丙酮擦洗等，清洗效率较低，而且对于一些稳定的氧化膜，例如铝合金表面的氧化膜，清洗效果很差。激光清洗能够高效的去除工件表面的污染物及氧化层，是理想的激光高速熔覆前清洗方式。然而，现有技术中，激光清洗光路与激光熔覆光路差别较大。激光清洗根据去除材料并且不伤基材的要求，多会选择不同规格的脉冲激光器，光路一般包含准直镜，一维或二维振镜，以及聚焦场镜。激光清洗时，激光束通过振镜的高速转动来实现高速扫描运动，同时通过聚焦场镜在一个二维平面内聚焦，从而实现对工件进行清洗。而激光熔覆工艺中，激光作为熔融材料的能量源，一般选用高功率连续激光，采用的光路一般包含准直镜与聚焦镜，激光光束最终聚焦成一个小光斑，对工件表面进行激光熔覆。由于激光清洗和激光熔覆需要的激光器不同，而不同激光器选择的激光光路也不同，现有技术中很难将不同激光器和不同光路结合到一个激光头上，从而导致激光清洗和激光熔覆时，需要分别单独设置光路，使得设备结构庞大、清洗和熔覆效率低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种激光头、高速激光熔覆设备及方法，通过激光头内光路设计，使清洗激光与高速熔覆激光能够通过同一个激光头，从一个激光输出口选择性输出，将激光清洗与高速激光熔覆工艺有效结合，解决了高速激光熔覆前基材表面的污染物清洗效率低、设备结构庞大的问题，保证了高速熔覆工艺的顺利实施。第一方面，本专利技术提供一种激光头，包括：壳体，壳体具有中空结构，中空结构用于传输激光束；第一接口，第一接口与壳体的中空结构贯通设置，第一接口用于固定第一激光器；第二接口；第二接口与壳体的中空结构贯通设置，第二接口用于固定第二激光器；反光镜，反光镜位置可调地设置于中空结构内，用于调整第一激光器和/或第二激光器发射的激光束方向，使激光束交替出射至壳体的激光出射口。与现有技术相比，上述技术方案中，通过在激光头的壳体上设置第一接口和第二接口，第一接口固定第一激光器，第二接口固定第二激光器，通过调整壳体内的反光镜的位置可以使第一激光器出射的激光和第二激光器出射的激光交替出射至壳体的激光出射口。此时，第一激光器和第二激光器中的一个激光器可以作为清洗激光，另一激光器可以作为高速熔覆激光。由于清洗激光的激光器与高速熔覆激光的激光器集成于一个激光头上，且其共用一个激光出射口，该激光头的结构设置使激光清洗工艺与高速激光熔覆工艺高度结合，通过采用同一激光头即可完成整个激光熔覆工艺，省略了振镜，场镜等昂贵设备，简化了设备结构，降低了设备成本，提高了生产效率。进一步地，第一接口与壳体的中空结构贯通设置包括：第一接口与壳体的激光出射口呈直线贯通设置；或，第一接口与壳体的激光出射口呈L型贯通设置。和，第二接口与壳体的中空结构贯通设置包括：第二接口与壳体的激光出射口呈L型贯通设置；或，第二接口与壳体的激光出射口呈直线贯通设置。进一步地，反光镜位置可调地设置于中空结构内包括：反光镜通过位置调整结构位置可调地设置于中空结构内。和/或，激光头还包括控制器，第一激光器、第二激光器和位置调整结构分别与控制器通信连接。控制器用于控制第一激光器和/或第二激光器的开启和闭合，控制器还用于控制位置调整结构进行位置调整。进一步地，第一激光器为发射脉冲激光的激光器，第二激光器为发射连续激光的激光器。进一步地，中空结构内靠近第一接口设置有第一准直镜片；中空结构内靠近第二接口设置有第二准直镜片。进一步地，第一准直镜片与反光镜之间设置有第一聚焦镜，第二准直镜片与反光镜之间设置有第二聚焦镜。或，壳体内在反光镜的反射光路上靠近激光出射口处设置有第三聚焦镜片。或，第一准直镜片与反光镜之间设置有第一聚焦镜，反光镜为聚焦全反镜。第二方面，本专利技术还提供一种高速激光熔覆设备，包括：工件运动机构，和上述激光头；激光头设置于工件运动机构上方，用于对工件运动机构上运行的待熔覆工件进行清洗和激光熔覆。与现有技术相比，本专利技术提供的高速激光熔覆设备的有益效果与上述技术方案的激光头的有益效果相同，此处不做赘述。第三方面，本专利技术还提供一种高速激光熔覆方法，应用于上述高速激光熔覆设备，该高速激光熔覆方法包括：将待熔覆工件装夹于工件运动机构上；选择第一激光器和/或第二激光器；调整反光镜位置，使第一激光器和/或第二激光器发射的激光束交替出射至待熔覆合金工件表面，对待熔覆工件的表面进行清洗和/或激光熔覆。进一步地，对待熔覆工件的表面进行清洗的激光束为脉冲激光，脉冲激光聚焦于工件表面的光斑直径为0.2～1.5mm，平均激光功率为100-2000W，脉冲频率20-100kHz，脉冲宽度10ns-240ns；对待熔覆工件的表面进行激光熔覆的激光束为连续激光，连续激光聚焦于工件表面的的光斑直径为0.8～3mm，连续激光的激光功率为3000W-10000W。进一步地，通过待熔覆工件旋转实现激光在工件表面的扫描，激光清洗时，激光在待熔覆工件表面的扫描线速度为250～5000mm/s，通过控制激光头横移速度，使激光光斑在工件轴方向上的重合搭接率为30％-70％，激光熔覆时，设置激光在待熔覆工件表面的扫描线速度为250～2500mm/s，通过控制激光头横移速度，使激光光斑在工件轴方向上的重合搭接率为50％-95％；激光熔覆时，送粉量为10～120g/min。与现有技术相比，本专利技术提供的高速激光熔覆方法的有益效果与上述技术方案的激光头的有益效果相同，此处不做赘述。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术实施例提供一种激光头结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的另一种激光头结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的再一种激光头结构示意图；图4a为本专利技术实施例提供的一种不经反射镜反射的激光光路示意图；图4b为本专利技术实施例提供的一种经反射镜反射的激光光路示意图；图4c为本专利技术实施例提供的又一种不经反射镜反射的激光光路示意图；图4d为本专利技术实施例提供的又一种经反射镜反射的激光光路示意图；图4e为本专利技术实施例提供的再一种不经反射镜反射的激光光路示意本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光头，其特征在于，包括：/n壳体，所述壳体具有中空结构，所述中空结构用于传输激光束；/n第一接口，所述第一接口与所述壳体的中空结构贯通设置，所述第一接口用于固定第一激光器；/n第二接口；所述第二接口与所述壳体的中空结构贯通设置，所述第二接口用于固定第二激光器；/n反光镜，所述反光镜位置可调地设置于所述中空结构内，用于调整所述第一激光器和/或所述第二激光器发射的激光束方向，使所述激光束交替出射至壳体的激光出射口。/n

【技术特征摘要】
1.一种激光头，其特征在于，包括：
壳体，所述壳体具有中空结构，所述中空结构用于传输激光束；
第一接口，所述第一接口与所述壳体的中空结构贯通设置，所述第一接口用于固定第一激光器；
第二接口；所述第二接口与所述壳体的中空结构贯通设置，所述第二接口用于固定第二激光器；
反光镜，所述反光镜位置可调地设置于所述中空结构内，用于调整所述第一激光器和/或所述第二激光器发射的激光束方向，使所述激光束交替出射至壳体的激光出射口。


2.根据权利要求1所述激光头，其特征在于，所述第一接口与所述壳体的中空结构贯通设置包括：所述第一接口与所述壳体的激光出射口呈直线贯通设置；或，所述第一接口与所述壳体的激光出射口呈L型贯通设置；
和，所述第二接口与所述壳体的中空结构贯通设置包括：所述第二接口与所述壳体的激光出射口呈L型贯通设置；或，所述第二接口与所述壳体的激光出射口呈直线贯通设置。


3.根据权利要求1或2所述激光头，其特征在于，所述反光镜位置可调地设置于所述中空结构内包括：
所述反光镜通过位置调整结构位置可调地设置于所述中空结构内；
和/或，所述激光头还包括控制器，所述第一激光器、所述第二激光器和所述位置调整结构分别与所述控制器通信连接；
所述控制器用于控制第一激光器和/或所述第二激光器的开启和闭合，所述控制器还用于控制所述位置调整结构进行位置调整。


4.根据权利要求1～3任一所述激光头，其特征在于，所述第一激光器为发射脉冲激光的激光器，所述第二激光器为发射连续激光的激光器。


5.根据权利要求1～4任一所述激光头，其特征在于，所述中空结构内靠近所述第一接口设置有第一准直镜片；所述中空结构内靠近所述第二接口设置有第二准直镜片。


6.根据权利要求1～5任一所述激光头，其特征在于，所述第一准直镜片与所述反光镜之间设置有...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴志玮，蔡国双，齐欢，
申请(专利权)人：上海彩石激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31