CN111254432B - 一种全水冷高功率内孔宽带熔覆头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光加工头的制造领域，具体涉及一种全水冷高功率内孔宽带熔覆头，包括准直模块组件、通光管组件、反射镜模块组件以及送粉嘴组件，通过将通光管组件的一端与连接筒固定连接，通光管组件的另一端与反射镜模块组件固定连接，送粉嘴组件与反射镜模块组件固定连接，准直模块组件用于将从连接件射入的激光调整为平行光，反射镜模块组件用于将穿过通光管组件的平行光呈直角反射，且由圆光斑转变成宽光斑，送粉嘴组件可将金属粉末一路分成多路与宽光斑汇聚到一点。有效地解决了传统激光头无法满足内孔修复的要求，且加工效率效益低的问题，本发明结构简单，安装方便，具有广泛的应用价值。

Description

一种全水冷高功率内孔宽带熔覆头

技术领域

本发明涉及激光加工头的制造领域，具体涉及一种全水冷高功率内孔宽带熔覆头。

背景技术

激光熔覆是通过在基材表面添加熔覆材料，并利用高密度的激光束与基材表面一起熔凝，在表面形成与冶金结合的添料熔覆层，从而显著改善基材表面的耐磨、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。市场常用的上是堆焊、喷涂、电镀等技术，即利用电解原理在某些金属表面上镀上一薄层其它金属或合金的过程，不仅效率低、消耗大，而且电镀行业由于其产生的污染量大，污染物种类复杂、毒性强，是全球三大污染工业(电镀行业、电池行业、金属治炼行业)之一。

现有的传统激光熔覆只能修复外表面的尺寸，但目前市场上已有很多内孔零件需求修复，传统激光头就无法满足内孔修复的要求，且加工效率效益低等问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了解决传统激光头无法满足内孔修复的要求，且加工效率效益低的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种全水冷高功率内孔宽带熔覆头，包括

准直模块组件，所述准直模块组件的一端设有连接件，所述准直模块组件的另一端设有连接筒，

通光管组件，

反射镜模块组件，

送粉嘴组件，

所述通光管组件的一端与连接筒固定连接，所述通光管组件的另一端与反射镜模块组件固定连接，所述送粉嘴组件与反射镜模块组件固定连接，所述准直模块组件用于将从连接件射入的激光调整为平行光，所述反射镜模块组件用于将穿过通光管组件的平行光呈直角反射，且由圆光斑转变成宽光斑，所述送粉嘴组件可将金属粉末一路分成多路与宽光斑汇聚到一点。

具体地，所述准直模块组件包括准直模块外壳、准直模块内套、定位环以及准直镜片，所述准直镜片通过两相邻定位环固定在准直模块内套的内部，所述准直模块外壳套设在准直模块内套外，所述准直模块内套与准直模块外壳之间形成一环形空间，所述连接件和连接筒均与准直模块外壳固定连接。通过设置准直模块组件能使激光通过准直镜片后调整为平行光，为积分镜反射前打下基础，提高了激光熔覆加工的工艺效果和质量。

具体地，所述反射镜模块组件包括

反射镜模块外壳，所述反射镜模块外壳的一侧面设有通光孔，

积分镜，所述积分镜的一端具有45°斜面，

积分镜固定板，

所述积分镜固定板与积分镜的另一端固定连接，且所述积分镜固定板与反射镜模块外壳固定连接将积分镜锁紧在反射镜模块外壳内，所述积分镜的45°斜面反射激光的方向与通光孔的轴线重合。积分镜是经过特殊设计而成，呈45°斜面，可以使通过的激光90°反射且由圆光斑转变成10*2的宽光斑，这样与10*2送粉嘴组件送出的金属粉末汇聚一点就可以进行宽光带的内孔熔覆修复。

具体地，所述通光管组件的长度可根据内孔零件的长短自由设计，所述通光管组件的另一端延伸至反射镜模块外壳内并与反射镜模块外壳固定连接。

具体地，所述反射镜模块外壳具有通光孔的一侧设有镜片保护装置，所述镜片保护装置包括

气帘一组件，所述气帘一组件的一侧设有第一通气孔，所述气帘一组件内设有第一台阶和第二台阶，

保护气增压模块，所述保护气增压模块一端具有一个锥度，所述保护气增压模块外套设有环状限位块，

气帘二组件，所述气帘二组件上表面贯穿开设有一侧开口的U形孔，所述气帘二组件下表面开设有凹槽以及与凹槽相连通的出气槽，所述气帘二组件的另一侧设有与凹槽相连通的第二通气孔，所述凹槽的深度大于出气槽的深度，所述气帘二组件的下表面、凹槽与出气槽对应的位置设有保护气压板，所述气帘二组件设有开口一侧的下表面一体成型有连接杆，

一分二气帘，所述一分二气帘内设有第三通气孔，所述一分二气帘一侧设有与第三通气孔相连通的保护气接口，所述保护气接口设有通气接头，

保护镜模块组件，

所述保护气增压模块设置在气帘一组件内部，所述限位块与第一台阶对应阻挡，所述锥度和第二台阶之间形成一环形气缝，所述第一通气孔与气缝相连通，所述气帘一组件通过一分二气帘与气帘二组件固定连接，且所述第一通气孔、第二通气孔以及第三通气孔之间相连通，所述气帘一组件通过保护镜模块组件与反射镜模块外壳固定连接。通过向一分二气帘的通气接头接入保护气后，在气帘一组件中有一个向下的气压保护，气帘二组件与保护气压板连接后形成了一条平行横向的气缝，可以使得一分二气帘接入保护气后，在气帘二组件中有一个横向气压，极大地保护了熔覆过程中粉末的飞溅对镜片的损坏，与气帘一组件形成了两道保护墙，保证了长时间的激光熔覆修复和节约了生产成本，可以大大地降低飞溅对镜片的损坏，保证了长时间的激光熔覆修复和节约了生产成本。

具体地，所述保护镜模块组件包括

保护镜压环，所述保护镜压环上表面设有环切槽，所述环切槽内设有与保护镜压环一体成型的连接环，所述保护镜压环的下表面设有滑槽，

保护镜模块，

抽屉，

抽屉锁紧螺钉，

抽屉固定板，所述抽屉固定板上设有一侧开口的卡槽，

所述抽屉与抽屉固定板固定连接，所述抽屉设置在保护镜压环的滑槽内，所述抽屉锁紧螺钉用于配合抽屉固定板的卡槽将保护镜模块与保护镜压环的下表面固定连接，且将抽屉锁紧在滑槽内，所述保护镜压环的上表面与反射镜模块外壳固定连接，且连接环延伸至通光孔内。

具体地，所述气帘二组件的连接杆连接有水冷气刀。

具体地，所述准直模块外壳设有与环形空间连通的第一水路通道，所述反射镜模块外壳和积分镜固定板内设有第二水路通道，所述水冷气刀内设有第三水路通道，所述第一水路通道、第二水路通道以及第三水路通道的进水口和出水口均连接有通水接头。准直模块组件、反射镜模块组件、水冷气刀均采用了全水冷的结构设计，接入冷却水后可以使得内部形成流动的水流，这样在外部水冷机工作的情况下，就能一直保证激光熔覆头工作的全水冷要求，不仅保障了激光熔覆头的寿命，也大大地增加了激光熔覆的效率和生产效益。

具体地，所述通光管组件外套设有连接块。通过设置连接块方便熔覆头的安装。

本发明的有益效果是：

(1)本发明提供一种全水冷高功率内孔宽带熔覆头，包括准直模块组件、通光管组件、反射镜模块组件以及送粉嘴组件，通过将通光管组件的一端与连接筒固定连接，通光管组件的另一端与反射镜模块组件固定连接，送粉嘴组件与反射镜模块组件固定连接，有效地解决了传统激光头无法满足内孔修复的要求，且加工效率效益低的问题。

(2)本发明提供一种全水冷高功率内孔宽带熔覆头，熔覆厚度可达到100um-500um，关键部件表面通过高速激光熔覆变的耐磨、耐腐蚀。

(3)本发明提供一种全水冷高功率内孔宽带熔覆头，金属粉末利用率在80％～90％，属于先进环保的再制造加工技术。

(4)本发明提供一种全水冷高功率内孔宽带熔覆头，当激光加工工作时，可以保证加工嘴的温度控制在25～30℃之间。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明一种全水冷高功率内孔宽带熔覆头的结构示意图；

图2是图1一种全水冷高功率内孔宽带熔覆头的剖视图；

图3是图2中A的放大示意图；

图4是图2中B的放大示意图；

图5是本发明送粉嘴组件结构示意图；

图6是本发明保护镜压环结构示意图；

图7是本发明准直模块外壳结构示意图；

图8是本发明反射镜模块组件局部剖示图；

图9是本发明水冷气刀局部剖示图；

图10是本发明抽屉固定板结构示意图。

图中：1.准直模块组件，2.通光管组件，3.反射镜模块组件，4.送粉嘴组件，5.镜片保护装置，6.水冷气刀，7.连接块，11.连接件，12.连接筒，13.准直模块外壳，14.准直模块内套，15.定位环，16.准直镜片，17.环形空间，31.反射镜模块外壳，32.积分镜，33.积分镜固定板，41.送粉管，42.送粉头，43.送粉口，44.送粉通道，45.送粉嘴盖板，51.气帘一组件，52.保护气增压模块，53.气帘二组件，54.一分二气帘，55.保护镜模块组件，56.环形气缝，61.第一水路通道，62.第二水路通道，63.第三水路通道，64.通水接头，311.通光孔，321.45°斜面，511.第一通气孔，512.第一台阶，513.第二台阶，521.锥度，522.限位块，531.U形孔，532.凹槽，533.出气槽，534.第二通气孔，535.保护气压板，536.连接杆，541.第三通气孔，542.保护气接口，543.通气接头，551.保护镜压环，552.保护镜模块，553.抽屉，554.抽屉锁紧螺钉，555.抽屉固定板，556.环切槽，557.连接环，558.滑槽，559.卡槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据图1-图10所示，一种全水冷高功率内孔宽带熔覆头，包括

准直模块组件1，准直模块组件1的一端设有连接件11，准直模块组件1的另一端设有连接筒12，

通光管组件2，

反射镜模块组件3，

送粉嘴组件4，

通光管组件2的一端与连接筒12固定连接，通光管组件2的另一端与反射镜模块组件3固定连接，送粉嘴组件4与反射镜模块组件3固定连接，准直模块组件1用于将从连接件11射入的激光调整为平行光，反射镜模块组件3用于将穿过通光管组件2的平行光呈直角反射，且由圆光斑转变成宽光斑，送粉嘴组件4可将金属粉末一路分成多路与宽光斑汇聚到一点。

在本具体实施例中，连接件11与激光器光纤系统的QBH(图中未视出)连接，连接件11与连接筒12通过螺钉与准直模块外壳13固定连接，通光管组件2的另一端通过螺钉固定在反射镜模块外壳31内，积分镜固定板33通过螺钉与反射镜模块外壳31固定连接，送粉嘴组件4通过螺钉与反射镜模块外壳31固定连接，气帘一组件51、保护镜压环551以及保护镜模块552通过螺钉与反射镜模块外壳31固定连接，一分二气帘54通过螺钉与气帘一组件51和气帘二组件53固定连接，水冷气刀6通过螺钉与连接杆536固定连接。

在一种具体实施例中，准直模块组件1包括准直模块外壳13、准直模块内套14、定位环15以及准直镜片16，准直镜片16通过两相邻定位环15固定在准直模块内套14的内部，准直模块外壳13套设在准直模块内套14外，准直模块内套14与准直模块外壳13之间形成一环形空间17，连接件11和连接筒12均与准直模块外壳13固定连接。

在一种具体实施例中，反射镜模块组件3包括

反射镜模块外壳31，反射镜模块外壳31的一侧面设有通光孔311，

积分镜32，积分镜的一端具有45°斜面321，

积分镜固定板33，

积分镜固定板33与积分镜32的另一端固定连接，且积分镜固定板33与反射镜模块外壳31固定连接将积分镜32锁紧在反射镜模块外壳31内，积分镜的45°斜面321反射激光的方向与通光孔311的轴线重合。

在一种具体实施例中，通光管组件2的长度可根据内孔零件的长短自由设计，通光管组件2的另一端延伸至反射镜模块外壳31内并与反射镜模块外壳31固定连接。

在一种具体实施例中，反射镜模块外壳31具有通光孔311的一侧设有镜片保护装置5，镜片保护装置5包括

气帘一组件51，气帘一组件51的一侧设有第一通气孔511，气帘一组件51内设有第一台阶512和第二台阶513，

保护气增压模块52，保护气增压模块52一端具有一个锥度521，保护气增压模块52外套设有环状限位块522，

气帘二组件53，气帘二组件53上表面贯穿开设有一侧开口的U形孔531，气帘二组件53下表面开设有凹槽532以及与凹槽532相连通的出气槽533，气帘二组件53的另一侧设有与凹槽532相连通的第二通气孔534，凹槽532的深度大于出气槽533的深度，气帘二组件53的下表面、凹槽532与出气槽533对应的位置设有保护气压板535，气帘二组件53设有开口一侧的下表面一体成型有连接杆536，

一分二气帘54，一分二气帘54内设有第三通气孔541，一分二气帘54一侧设有与第三通气孔541相连通的保护气接口542，保护气接口542设有通气接头543，

保护镜模块组件55，

保护气增压模块52设置在气帘一组件51内部，限位块522与第一台阶512对应阻挡，锥度521和第二台阶513之间形成一环形气缝56，第一通气孔511与气缝56相连通，气帘一组件51通过一分二气帘54与气帘二组件53固定连接，且第一通气孔511、第二通气孔534以及第三通气孔541之间相连通，气帘一组件51通过保护镜模块组件55与反射镜模块外壳31固定连接。

在一种具体实施例中，保护镜模块组件55包括

保护镜压环551，保护镜压环551上表面设有环切槽556，环切槽556内设有与保护镜压环551一体成型的连接环557，保护镜压环551的下表面设有滑槽558，

保护镜模块552，

抽屉553，

抽屉锁紧螺钉554，

抽屉固定板555，抽屉固定板555上设有一侧开口的卡槽559，

抽屉553与抽屉固定板555固定连接，抽屉553设置在保护镜压环551的滑槽558内，抽屉锁紧螺钉554用于配合抽屉固定板555的卡槽559将保护镜模块552与保护镜压环551的下表面固定连接，且将抽屉553锁紧在滑槽558内，保护镜压环551的上表面与反射镜模块外壳31固定连接，且连接环557延伸至通光孔311内。

在一种具体实施例中，气帘二组件53的连接杆536连接有水冷气刀6。

在一种具体实施例中，准直模块外壳13设有与环形空间17连通的第一水路通道61，反射镜模块外壳31和积分镜固定板33内设有第二水路通道62，水冷气刀6内设有第三水路通道63，第一水路通道61、第二水路通道62以及第三水路通道63的进水口和出水口均连接有通水接头64。

在一种具体实施例中，送粉嘴组件4包括送粉管41和送粉头42，送粉管41和送粉头42一体成型，送粉管41内设有送粉口43，送粉头42的一侧面设有与送粉口43相连通的送粉通道44，送粉通道44的个数为4，送粉头42设有送粉通道44的侧面固定连接有送粉嘴盖板45。

在一种具体实施例中，通光管组件2外套设有连接块7。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种全水冷高功率内孔宽带熔覆头，其特征在于：包括

准直模块组件（1），所述准直模块组件（1）的一端设有连接件（11），所述准直模块组件（1）的另一端设有连接筒（12），

通光管组件（2），

反射镜模块组件（3），

送粉嘴组件（4），

所述通光管组件（2）的一端与连接筒（12）固定连接，所述通光管组件（2）的另一端与反射镜模块组件（3）固定连接，所述送粉嘴组件（4）与反射镜模块组件（3）固定连接，所述准直模块组件（1）用于将从连接件（11）射入的激光调整为平行光，所述反射镜模块组件（3）用于将穿过通光管组件（2）的平行光呈直角反射，且由圆光斑转变成宽光斑，所述送粉嘴组件（4）可将金属粉末一路分成多路与宽光斑汇聚到一点，

所述反射镜模块外壳（31）具有通光孔（311）的一侧设有镜片保护装置（5），所述镜片保护装置（5）包括

气帘一组件（51），所述气帘一组件（51）的一侧设有第一通气孔（511），所述气帘一组件（51）内设有第一台阶（512）和第二台阶（513），

保护气增压模块（52），所述保护气增压模块（52）一端具有一个锥度（521），所述保护气增压模块（52）外套设有环状限位块（522），

气帘二组件（53），所述气帘二组件（53）上表面贯穿开设有一侧开口的U形孔（531），所述气帘二组件（53）下表面开设有凹槽（532）以及与凹槽（532）相连通的出气槽（533），所述气帘二组件（53）的另一侧设有与凹槽（532）相连通的第二通气孔（534），所述凹槽（532）的深度大于出气槽（533）的深度，所述气帘二组件（53）的下表面、凹槽（532）与出气槽（533）对应的位置设有保护气压板（535），所述气帘二组件（53）设有开口一侧的下表面一体成型有连接杆（536），

一分二气帘（54），所述一分二气帘（54）内设有第三通气孔（541），所述一分二气帘（54）一侧设有与第三通气孔（541）相连通的保护气接口（542），所述保护气接口（542）设有通气接头（543），

保护镜模块组件（55），

所述保护气增压模块（52）设置在气帘一组件（51）内部，所述限位块（522）与第一台阶（512）对应阻挡，所述锥度（521）和第二台阶（513）之间形成一环形气缝（56），所述第一通气孔（511）与气缝（56）相连通，所述气帘一组件（51）通过一分二气帘（54）与气帘二组件（53）固定连接，且所述第一通气孔（511）、第二通气孔（534）以及第三通气孔（541）之间相连通，所述气帘一组件（51）通过保护镜模块组件（55）与反射镜模块外壳（31）固定连接，

所述保护镜模块组件（55）包括

保护镜压环（551），所述保护镜压环（551）上表面设有环切槽（556），所述环切槽（556）内设有与保护镜压环（551）一体成型的连接环（557），所述保护镜压环（551）的下表面设有滑槽（558），

保护镜模块（552），

抽屉（553），

抽屉锁紧螺钉（554），

抽屉固定板（555），所述抽屉固定板（555）上设有一侧开口的卡槽（559），

所述抽屉（553）与抽屉固定板（555）固定连接，所述抽屉（553）设置在保护镜压环（551）的滑槽（558）内，所述抽屉锁紧螺钉（554）用于配合抽屉固定板（555）的卡槽（559）将保护镜模块（552）与保护镜压环（551）的下表面固定连接，且将抽屉（553）锁紧在滑槽（558）内，所述保护镜压环（551）的上表面与反射镜模块外壳（31）固定连接，且连接环（557）延伸至通光孔（311）内，

所述准直模块组件（1）包括准直模块外壳（13）、准直模块内套（14）、定位环（15）以及准直镜片（16），所述准直镜片（16）通过两相邻定位环（15）固定在准直模块内套（14）的内部，所述准直模块外壳（13）套设在准直模块内套（14）外，所述准直模块内套（14）与准直模块外壳（13）之间形成一环形空间（17），所述连接件（11）和连接筒（12）均与准直模块外壳（13）固定连接，

所述送粉嘴组件（4）包括送粉管（41）和送粉头（42），所述送粉管（41）和送粉头（42）一体成型，所述送粉管（41）内设有送粉口（43），所述送粉头（42）的一侧面设有与送粉口（43）相连通的送粉通道（44），所述送粉通道（44）的个数为4，所述送粉头（42）设有送粉通道（44）的侧面固定连接有送粉嘴盖板（45）。

2.根据权利要求1所述的一种全水冷高功率内孔宽带熔覆头，其特征在于：所述反射镜模块组件（3）包括

反射镜模块外壳（31），所述反射镜模块外壳（31）的一侧面设有通光孔（311），

积分镜（32），所述积分镜的一端具有45°斜面（321），

积分镜固定板（33），

所述积分镜固定板（33）与积分镜（32）的另一端固定连接，且所述积分镜固定板（33）与反射镜模块外壳（31）固定连接将积分镜（32）锁紧在反射镜模块外壳（31）内，所述积分镜的45°斜面（321）反射激光的方向与通光孔（311）的轴线重合。

3.根据权利要求2所述的一种全水冷高功率内孔宽带熔覆头，其特征在于：所述通光管组件（2）的长度可根据内孔零件的长短自由设计，所述通光管组件（2）的另一端延伸至反射镜模块外壳（31）内并与反射镜模块外壳（31）固定连接。

4.根据权利要求1所述的一种全水冷高功率内孔宽带熔覆头，其特征在于：所述气帘二组件（53）的连接杆（536）连接有水冷气刀（6）。

5.根据权利要求4所述的一种全水冷高功率内孔宽带熔覆头，其特征在于：所述准直模块外壳（13）设有与环形空间（17）连通的第一水路通道（61），所述反射镜模块外壳（31）和积分镜固定板（33）内设有第二水路通道（62），所述水冷气刀（6）内设有第三水路通道（63），所述第一水路通道（61）、第二水路通道（62）以及第三水路通道（63）的进水口和出水口均连接有通水接头（64）。

6.根据权利要求1所述的一种全水冷高功率内孔宽带熔覆头，其特征在于：所述通光管组件（2）外套设有连接块（7）。