高稳定性内孔高速激光熔覆加工头制造技术

本实用新型专利技术提供一种高稳定性内孔高速激光熔覆加工头，包括：光束整形模块，用于接收激光光束输入，并对激光光束进行准直与聚焦输出；中间光路传输模块，被设置为直线型空心圆筒状，实现聚焦光束的传输；铜反射镜封装模块，被设置为L形折返状，实现聚焦光束的方向转换；环形送粉模块，连接在所述铜反射镜封装模块的输出端，该环形送粉模块接收聚焦光束，并投射到内孔表面形成聚焦光斑，环形送粉模块的末端设置有同轴送粉的环形送粉喷嘴，用于接收金属粉末并送至位于内孔表面的聚焦光斑位置。本实用新型专利技术的激光熔覆加工头可保持稳定的光路环境，提高铜反射镜使用寿命，减少加工头部件维护成本，并极少反光烧损，提高长期工作的稳定性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
高稳定性内孔高速激光熔覆加工头


[0001]本技术涉及激光增材制造
，具体而言涉及一种高稳定性内孔高速激光熔覆加工头。

技术介绍

[0002]激光熔覆是一种表面改性技术，它通过在基材表面添加熔覆材料，并利用高能激光束使之与基材表面薄层一起熔凝，在基材表面形成与其呈冶金结合的功能涂层。
[0003]随着激光熔覆技术的逐步应用，从低速加工发展到高速表面增强工艺，所制备的涂层质量高、结合强度好、热变形量小，而且具有涂层生产效率高、机加余量小等诸多优点，由于其显著的技术和成本优势，高速激光熔覆技术在传统部件内孔表面的强化应用也逐步拓展。
[0004]从现有技术中对内孔表面增强高速熔覆工艺的过程来看，制约高速激光熔覆技术在内孔表面强化应用的关键问题在于熔覆加工头，具体表现在以下两个方面：一是内孔熔覆头的长度和外径规格，限制了部件内孔的纵深加工长度和内径尺寸，目前内孔纵深超过1.5m的盲孔或长度超过3m的通孔较难熔覆，主要受制于无长尺寸的加工头，此外，内径尺寸小于Φ80mm的孔较难熔覆，主要原因在于现有的加工头外径尺寸较大，无法进入孔内加工，而熔覆头本身的尺寸受制于加工方式和加工方式，很难进行小型化设计；二是内孔熔覆头长期工作的稳定性较差，主要原因在于内孔熔覆工作环境比较恶劣，加工头中主要部件在熔覆过程中容易收到损伤，如铜反射镜结露后出光烧损、送粉喷嘴由于反光烧损、光路通道污染透镜烧损、内孔狭小范围内烧损烟气等问题，。
[0005]对于上述两个制约要素来来说，第二种情况对于熔覆过程的影响更大，现有的内孔熔覆加工头反光烧损以及反光铜镜结露烧损后，会引起熔覆头稳定性变差的情况，不仅导致加工过程中断，降低了涂层的熔覆质量，而且增加了加工头的维修成本。

技术实现思路

[0006]根据本技术目的的第一方面，提出一种高稳定性内孔高速激光熔覆加工头，包括：
[0007]光束整形模块，用于接收激光光束输入，并对激光光束进行准直与聚焦输出；
[0008]中间光路传输模块，被设置为直线型空心圆筒状，与光束整形模块的输出端连接，实现聚焦光束的传输；
[0009]铜反射镜封装模块，被设置为L形折返状，一端连接到中间光路传输模块的输出端，另一端作为输出端、朝向内孔的内壁方向，以实现聚焦光束的方向转换，所述铜反射镜封装模块内部设置有一位于直角位置的铜反射镜；以及
[0010]环形送粉模块，连接在所述铜反射镜封装模块的输出端，该环形送粉模块接收聚焦光束，并投射到内孔表面形成聚焦光斑，所述环形送粉模块的末端设置有同轴送粉的环形送粉喷嘴，用于接收金属粉末并送至位于内孔表面的聚焦光斑位置。
[0011]作为可选的实施方式，所述光束整形模块包括依次设置的光纤接口、第一窗口保护镜片、准直镜组以及聚焦镜组；所述准直镜组与聚焦镜组共光轴分布；
[0012]所述光纤接口，接收激光光束输入，所述激光光束透过第一窗口保护镜片后，依次经由准直镜组与聚焦镜组分别进行准直和聚焦光学处理，输出聚焦光束。
[0013]作为可选的实施方式，所述中间光路传输模块包括多个单体模块连接组合而成，以与光束整形模块连接的一端作为光束输入端，与铜反射镜封装模块连接的一端作为光束输出端，在光束输入端设置氩气出口以及位于氩气出口的排气单向阀，在光束输出端设置氩气入口以及位于氩气入口的进气单向阀，氩气入口和氩气出口分别与中间光路传输模块的空心圆筒腔体连通。
[0014]作为可选的实施方式，所述铜反射镜封装模块具有L形折返状的封装壳体，连接到中间光路传输模块的一端作为光束输入端，连接到环形送粉模块的一端作为光束输出端，光束输入端设置有第二窗口保护镜片，光束输出端设置有第三窗口保护镜片，射入的聚焦光束经由所述铜反射镜反射后，透过第三窗口保护镜片射出。
[0015]作为可选的实施方式，所述铜反射镜封装模块的封装壳体内，由所述第二窗口保护镜片与第三窗口保护镜片封装形成密闭空腔，所述
°
铜反射镜位于该密闭空腔内并处于封装壳体的直角位置；所述密闭空腔设置带有单向阀的进气管路以及带有单向阀的排气管路所述排气管路的出口位置设置用于检测水氧含量的传感器。
[0016]作为可选的实施方式，铜反射镜配置有水冷循环通道，并配置有冷却介质入口和冷却介质出口。
[0017]作为可选的实施方式，所述环形送粉模块包括与铜反射镜封装模块连接的窗口保护模块、位于窗口保护模块下方的环形送粉喷嘴以及位于环形送粉喷嘴下方的用于防止反光的挡板；所述挡板经由第一连接支架连接固定到窗口保护模块；
[0018]所述窗口保护模块设置有第四窗口保护镜片并在第四窗口保护镜片的下方位置设置氩气保护气入口；
[0019]经由铜反射镜封装模块反射而入射到环形送粉模块的聚焦光束，透过所述第四窗口保护镜片之后，并依次经过位于环形送粉喷嘴中心的激光束和保护氩气通过孔以及位于挡板中心的中心通过孔，射入内孔表面形成聚焦光斑。
[0020]作为可选的实施方式，所述环形送粉喷嘴的外周设置有金属粉末输送入口，并且设置有与金属粉末输送入口连通的环形送粉通道，所述环形送粉通道朝向环形送粉喷嘴的出口位置延伸到激光束和保护氩气通过孔位置，以将粉末通过激光束和保护氩气通过孔以及中心通过孔送至内孔表面的聚焦光斑位置，形成环形粉斑汇聚点。
[0021]作为可选的实施方式，所述窗口保护模块设置有温度传感器用于检测所述第四窗口保护镜片的温度。
[0022]作为可选的实施方式，所述高稳定性内孔高速激光熔覆加工头还设置有相机模块，相机模块经由第二连接支架连接支撑到窗口保护模块，所述相机模块的镜头朝向内孔表面的熔覆层方向，用于对加工成型的熔覆层成像，用于检测熔覆层质量。
[0023]由以上技术方案，本技术的内孔表面改性激光熔覆加工头，包括准直聚焦光学模块、激光束中间传输模块、45
°
铜反射镜封装模块、载气式环形送粉模块以及涂层表面质量检测模块（相机模块）。其中中间光路传输模块由多个单体模块通过机械连接组合而
成，在前后加装进排气单向阀，可以按照操作规程需要进行干燥洁净氩气的充入，净化腔体环境；45
°
铜反射聚焦镜模块，铜镜前后加装共两块透射镜，两块透射镜与45
°
铜镜三者构成L形的内部封装空间，下透射镜位置加装带有单向阀的进气管路，上透射镜位置加装带有单向阀和传感器的出气管路，将干燥的氩气由下透射镜位置的接气口充入，依据设定的控制信号进行L形封装腔体内部气体的充入和关闭，封装空间内保持微正压，防止铜反射镜结露；下透射镜下方连接窗口镜保护模块，窗口镜模块下方安装环路送粉喷头，送粉喷头下方加装反光挡板，防止喷嘴反光烧损。同时，结合CCD相机模块获取图像的方式检测内孔熔覆后表面质量情况，为后续修补缺陷方案的提出提供依据。
[0024]与现有技术相比，本技术的内孔表面改性激光熔覆加工头的显著优点在于：
[0025]1）设计铜反射镜封装模块：采用封装设计，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高稳定性内孔高速激光熔覆加工头，其特征在于，包括：光束整形模块（10），用于接收激光光束输入，并对激光光束进行准直与聚焦输出；中间光路传输模块（20），被设置为直线型空心圆筒状，与光束整形模块（10）的输出端连接，实现聚焦光束的传输；铜反射镜封装模块（30），被设置为L形折返状，一端连接到中间光路传输模块（20）的输出端，另一端作为输出端、朝向内孔的内壁方向，以实现聚焦光束的方向转换，所述铜反射镜封装模块（30）内部设置有一位于直角位置的45
°
铜反射镜（33）；以及环形送粉模块（40），连接在所述铜反射镜封装模块（30）的输出端，该环形送粉模块（40）接收聚焦光束，并投射到内孔表面形成聚焦光斑，所述环形送粉模块（40）的末端设置有同轴送粉的环形送粉喷嘴（46），用于接收金属粉末并送至位于内孔表面的聚焦光斑位置。2.根据权利要求1所述的高稳定性内孔高速激光熔覆加工头，其特征在于，所述光束整形模块（10）包括依次设置的光纤接口（11）、第一窗口保护镜片（12）、准直镜组（13）以及聚焦镜组（14）；所述准直镜组（13）与聚焦镜组（14）共光轴分布；所述光纤接口（11），接收激光光束输入，所述激光光束透过第一窗口保护镜片（12）后，依次经由准直镜组（13）与聚焦镜组（14）分别进行准直和聚焦光学处理，输出聚焦光束。3.根据权利要求1所述的高稳定性内孔高速激光熔覆加工头，其特征在于，所述中间光路传输模块（20）包括多个单体模块连接组合而成，以与光束整形模块（10）连接的一端作为光束输入端，与铜反射镜封装模块（30）连接的一端作为光束输出端，在光束输入端设置氩气出口以及位于氩气出口的排气单向阀（21），在光束输出端设置氩气入口以及位于氩气入口的进气单向阀（22），氩气入口和氩气出口分别与中间光路传输模块（20）的空心圆筒腔体连通。4.根据权利要求1所述的高稳定性内孔高速激光熔覆加工头，其特征在于，所述铜反射镜封装模块（30）具有L形折返状的封装壳体（31），连接到中间光路传输模块（20）的一端作为光束输入端，连接到环形送粉模块（40）的一端作为光束输出端，光束输入端设置有第二窗口保护镜片（32），光束输出端设置有第三窗口保护镜片（38），射入的聚焦光束经由所述45
°
铜反射镜（33）反射后，透过第三窗口保护镜片（38）射出。5.根据权利要求4所述的高稳定性内孔高速激光熔覆加工头，其特征在于，所述铜反射镜封装模块（30）的封装壳体（31）内，由所述第二窗口保护...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙海江，邢飞，蒋士春，周文超，吴从皓，沈浩，
申请(专利权)人：南京中科煜宸激光技术有限公司，
类型：新型
国别省市：