CN113957436A - 高速激光熔覆枪 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高速激光熔覆枪，涉及高速激光熔覆技术领域，包括主体和激光整形组件；主体的内部设有沿主体的长度方向延伸的出光中心孔，出光中心孔的入口开设于主体的长度方向上的一端的端面上，出光中心孔的出口开设于主体的长度方向上的一端的侧面；激光整形组件包括沿自出光中心孔的入口向出光中心孔的出口延伸的方向依次设置于出光中心孔的内部的准直镜片、整形镜片、聚焦镜片和反射镜片；反射镜片配置成将依次经由准直镜片、整形镜片和聚焦镜片整形后的激光反射向光中心孔的出口。本发明能够延长激光熔覆枪在内孔熔覆时的使用寿命，以及，缓解熔覆工件内孔盲孔和台阶孔时枪头干涉导致一部分位置无法熔覆的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及高速激光熔覆技术领域，尤其是涉及一种高速激光熔覆枪。
背景技术
高速激光熔覆技术是通过同步送粉添料的方式，利用高能密度的束流使添加材料与高速率运动的基体材料表面同时熔化，并快速凝固后形成稀释率极低，与基体呈冶金结合的熔覆层，极大地提高熔覆速率，显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化等工艺特性的工艺方法。
现有激光熔覆主要用于工件外表面的熔覆和内孔通孔熔覆，并且内孔熔覆因烟尘、高温、合金粉末反弹的原因，经常损坏保护镜片和送粉头，使激光熔覆枪在熔覆内孔时不能长时间工作，同时，由于熔覆枪头直径较大，在熔覆工件内孔盲孔和阶台孔时，会因枪头干涉导致孔内有一部分位置无法熔覆。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高速激光熔覆枪，以延长激光熔覆枪在内孔熔覆时的使用寿命，以及，缓解熔覆工件内孔盲孔和台阶孔时枪头干涉导致一部分位置无法熔覆的技术问题。
为实现上述目的，本发明实施例采用如下技术方案：
本发明实施例提供一种高速激光熔覆枪，包括主体和激光整形组件；
所述主体的内部设有沿所述主体的长度方向延伸的出光中心孔，所述出光中心孔的入口开设于所述主体的长度方向上的一端的端面上，所述出光中心孔的出口开设于所述主体的长度方向上的一端的侧面；
所述激光整形组件包括沿自所述出光中心孔的入口向所述出光中心孔的出口延伸的方向依次设置于所述出光中心孔的内部的准直镜片、整形镜片、聚焦镜片和反射镜片；
所述反射镜片配置成将依次经由所述准直镜片、所述整形镜片和所述聚焦镜片整形后的激光反射向所述出光中心孔的出口。
在可选的实施方式中，所述反射镜片设于所述出光中心孔的内壁上靠近所述出光中心孔的出口的部位。
在可选的实施方式中，所述准直镜片包括第一准直镜片和第二准直镜片，所述整形镜片包括第一整形镜片和第二整形镜片，沿自所述出光中心孔的入口向所述出光中心孔的出口延伸的方向，所述第一准直镜片、所述第二准直镜片、所述第一整形镜片、所述第二整形镜片、所述聚焦镜片和所述反射镜片依次设置；
所述第一准直镜片、所述第二准直镜片和所述第一整形镜片靠近所述出光中心孔的入口端，所述第二整形镜片和所述聚焦镜片靠近所述出光中心孔的出口端。
在可选的实施方式中，所述激光整形组件还包括保护镜片，所述保护镜片设置于所述出光中心孔的内部，所述反射镜片配置成将激光反射至穿过所述保护镜片。
在可选的实施方式中，所述激光整形组件还包括保护镜片，所述高速激光熔覆枪还包括激光送粉头；所述激光送粉头的出光孔的入口连接于所述出光中心孔的出口，所述保护镜片设置于所述出光中心孔的内部或设于所述激光送粉头的出光孔的内部，所述反射镜片配置成将激光反射至穿过所述保护镜片。
在可选的实施方式中，所述激光整形组件还包括调焦装置，所述高速激光熔覆枪还包括光纤接头；所述光纤接头通过所述调焦装置安装于所述主体，且所述光纤接头的出光口与所述出光中心孔的入口连接，所述调焦装置配置成能够调节所述光纤接头和所述主体之间的距离，以调整所述激光整形组件中镜片的焦距大小。
在可选的实施方式中，以所述激光在所述反射镜片上被反射的反射角为a，则100°≤a≤120°。
在可选的实施方式中，在所述主体的周壁内设有冷却水通道，所述冷却水通道的入口和所述冷却水通道的出口均设于所述主体上靠近所述出光中心孔的入口的部位，所述冷却水通道流经所述主体上靠近所述出光中心孔的出口的部位。
在可选的实施方式中，在所述主体的周壁内设有主体送粉通道，所述主体送粉通道配置成在所述出光中心孔内安装有激光送粉头的情况下与激光送粉头送粉通道连通。
在可选的实施方式中，在所述主体的周壁内设有保护气通道，所述保护气通道的入口设有进气管，所述保护气通道的出气口与所述出光中心孔的出口连通。
本发明实施例能够实现如下有益效果：
本发明实施例提供一种高速激光熔覆枪，包括主体和激光整形组件；其中，主体的内部设有沿主体的长度方向延伸的出光中心孔，出光中心孔的入口开设于主体的长度方向上的一端的端面上，出光中心孔的出口开设于主体的长度方向上的一端的侧面；激光整形组件包括沿自出光中心孔的入口向出光中心孔的出口延伸的方向依次设置于出光中心孔的内部的准直镜片、整形镜片、聚焦镜片和反射镜片；反射镜片配置成将依次经由准直镜片、整形镜片和聚焦镜片整形后的激光反射向光中心孔的出口。
在本发明实施例中，通过设置激光整形组件，改变了激光在熔覆枪主体出光中心孔内的光路方向，从而自主体端部侧面出光，激光光束得到倾斜，可通过在出光中心孔的出光口处连接激光送粉头的方式实现激光熔覆作业，加工时激光送粉头将以旁支位置突出于主体，在熔覆内孔盲孔或台阶孔时激光送粉头可伸入于工件内部，不仅适用于内孔盲孔或台阶孔，还适用于槽底表面激光熔覆加工等，使熔覆过程不会干涉到被熔覆工件，且熔覆过程中，合金粉末和激光在反射过程中形成一定的角度，不会直射到出光中心孔的出光口和激光送粉头主体部分，有效地保护了保护镜片和激光送粉头，增加了熔覆枪的使用寿命和熔覆枪的使用可靠性，提高了生产效率。
综上，本发明实施例至少达到了延长激光熔覆枪在内孔熔覆时的使用寿命，缓解了熔覆工件内孔盲孔和台阶孔时枪头干涉导致一部分位置无法熔覆的技术问题的两个有益效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的高速激光熔覆枪的整体结构剖视图；
图2为图1中A部分的局部结构放大图；
图3为图1中B部分的局部结构放大图。
图标：1-主体；10-出光中心孔；21-第一准直镜片；22-第二准直镜片；23-第一整形镜片；24-第二整形镜片；25-聚焦镜片；26-反射镜片；27-保护镜片；28-调焦装置；3-激光送粉头；31-激光送粉头出光孔；4-光纤接头；5-冷却水通道；51-冷却水进水接头；52-冷却水出水接头；6-主体送粉通道；61-送粉管接头；7-激光送粉头送粉通道；8-保护气通道；81-保护气接头。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本实施例提供一种高速激光熔覆枪，参照图1至图3，该高速激光熔覆枪包括主体1和激光整形组件；具体地，主体1的内部设有沿主体1的长度方向延伸的出光中心孔10，出光中心孔10的入口开设于主体1的长度方向上的一端的端面上(本实施例图1中出光中心孔10的下端)，出光中心孔10的出口开设于主体1的长度方向上的一端的侧面(本实施例图1中出光中心孔10的右上侧，或本实施例图1中出光中心孔10的右下侧)；激光整形组件包括沿自出光中心孔10的入口向出光中心孔10的出口延伸的方向依次设置于出光中心孔10的内部的准直镜片、整形镜片、聚焦镜片25和反射镜片26；反射镜片26配置成将依次经由准直镜片、整形镜片和聚焦镜片25整形后的激光反射向出光中心孔10的出口。
本实施例中，通过设置激光整形组件，改变了激光在熔覆枪主体1出光中心孔10内的光路方向，从而自主体1端部侧面出光，激光光束得到倾斜，可通过在出光中心孔10的出光口处连接激光送粉头3的方式实现激光熔覆作业，加工时激光送粉头3将以旁支位置突出于主体1，在熔覆内孔盲孔或台阶孔时激光送粉头3可伸入于工件内部，不仅适用于内孔盲孔或台阶孔，还适用于槽底表面激光熔覆加工等，使熔覆过程不会干涉到被熔覆工件，且熔覆过程中，合金粉末和激光在反射过程中形成一定的角度，不会直射到出光中心孔10的出光口和激光送粉头3主体部分，有效地保护了保护镜片和激光送粉头，增加了熔覆枪的使用寿命和熔覆枪的使用可靠性，提高了生产效率。
综上，本实施例至少达到了延长激光熔覆枪在内孔熔覆时的使用寿命，缓解了熔覆工件内孔盲孔和台阶孔时枪头干涉导致一部分位置无法熔覆的技术问题的两个有益效果。
继续参照图1至图3，在本实施例的可选实施方式中，较为优选地，反射镜片26设于出光中心孔10的内壁上靠近出光中心孔10的出口的部位。
由于主体1及其内部的出光中心孔10较长，光束发散角变大，光斑成不规则形状，本实施例中，较佳地，准直镜片包括第一准直镜片21和第二准直镜片22，整形镜片包括第一整形镜片23和第二整形镜片24，沿自出光中心孔10的入口向出光中心孔10的出口延伸的方向，第一准直镜片21、第二准直镜片22、第一整形镜片23、第二整形镜片24、聚焦镜片25和反射镜片26依次设置；第一准直镜片21、第二准直镜片22和第一整形镜片23靠近出光中心孔10的入口端，第二整形镜片24和聚焦镜片25靠近出光中心孔10的出口端，从而，通过第一整形镜片23和第二整形镜片24将光束尽可能地整形成圆形之后再进行反射，有利于减少激光束的发散角度，保证反射得到的光束具有较高的能量密度，从而提高熔覆工作效率。
参照图1和图3，在本实施例的一些可选实施方式中，上述的激光整形组件还包括保护镜片27，保护镜片27设置于出光中心孔10的内部，反射镜片26配置成将激光反射至穿过保护镜片27。在该高速激光熔覆枪还包括激光送粉头3的一些可选实施方式中，激光送粉头出光孔31的入口连接于出光中心孔10的出口，保护镜片27可以设置于出光中心孔10的内部，也可以是设于激光送粉头3的出光孔的内部，反射镜片26配置成将激光反射至穿过保护镜片27，较佳地，保护镜片27采用高抗光镜片，从而，能有效保护光纤不被激光折射烧坏。
另外，本实施例中，较为优选地，该高速激光盲孔熔覆枪的激光送粉头送粉通道7优选采用围绕激光送粉头设置的环形送粉通道，以保证大流量的粉末被均匀送达激光束聚焦中心。
继续参照图1，在本实施例的一些可选实施方式中，上述的激光整形组件还包括调焦装置28，高速激光熔覆枪还包括光纤接头4；光纤接头4通过调焦装置28安装于主体1，且光纤接头4的出光口与出光中心孔10的入口连接，调焦装置28配置成能够调节光纤接头4和主体1之间的距离，以调整激光整形组件中镜片的焦距大小，其中，调焦装置28可以但不限于采用套筒结构，该套筒结构内设沿套筒长度方向贯通套筒的空腔，该套筒结构的至少一端的内表面设有内螺纹，光纤接头4的出光端的外表面设有外螺纹，从而，光纤接头4的出光端螺纹连接于该套筒结构的一端，该套筒结构的另一端固定或螺纹连接于主体1，该套筒结构的空腔连通光纤接头4的出光口和主体1上出光中心孔10的入口，通过相对套筒结构转动光纤接头4，或者相对光纤接头4转动套筒结构达到调焦功能。在其他可选实施方式中，调焦装置28也可以采用包括上半圆夹具、下半圆夹具以及固定上半圆夹具和下半圆夹具的螺栓的夹固组件或者采用卡箍或其他能够实现上述调焦功能的结构，只要能实现上述调焦功能即可。
参照图1和图3，本实施例中，以激光在反射镜片26上被反射的反射角为a，则100°≤a≤120°。
继续参照图1至图3，在本实施例的可选实施方式中，较为优选地，在主体1的周壁内设有冷却水通道5，冷却水通道5的入口和冷却水通道5的出口均设于主体1上靠近出光中心孔10的入口的部位，冷却水通道5流经主体1上靠近出光中心孔10的出口的部位，冷却水通道5的入口设有冷却水进水接头51，在冷却水通道5的出口设有冷却水出水接头52，从而，通过冷却水通道5形成围绕主体1的循环水冷却系统，且由于其流经主体1上靠近出光中心孔10的出口的部位，从而，有利于降低工作时激光送粉头3的温度，使熔覆枪可长时间连续工作，提高工作效率。
此外，还可以在激光送粉头3的外部套设保护套，并在保护套的外表面和激光送粉头送粉通道7内壁面上涂覆耐磨、耐高温涂层，以进一步解决因熔覆内孔时因孔内部烟尘、高温的原因不能长时间工作的问题。
为方便向激光送粉头3快速送粉，本实施例中，如图1至图3所示，在主体1的周壁内设有主体送粉通道6，主体送粉通道6配置成在出光中心孔10内安装有激光送粉头3的情况下与激光送粉头送粉通道7连通，较佳地，主体送粉通道6的入口处设有送粉管接头61。
继续参照图1至图3，在本实施例的可选实施方式中，较为优选地，在主体1的周壁内设有保护气通道8，保护气通道8的入口设有进气管，保护气通道8的出气口与出光中心孔10的出口连通，从而，可通过该保护气通道8向被熔覆加工工件表面输送氩气或其他惰性气体保护气，对熔覆表面进行保护，提高熔覆层质量，较佳地，保护气通道8的入口处设有保护气接头81。
最后应说明的是：本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分相互参见即可；本说明书中的以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种高速激光熔覆枪，其特征在于，包括主体(1)和激光整形组件；
所述主体(1)的内部设有沿所述主体(1)的长度方向延伸的出光中心孔(10)，所述出光中心孔(10)的入口开设于所述主体(1)的长度方向上的一端的端面上，所述出光中心孔(10)的出口开设于所述主体(1)的长度方向上的一端的侧面；
所述激光整形组件包括沿自所述出光中心孔(10)的入口向所述出光中心孔(10)的出口延伸的方向依次设置于所述出光中心孔(10)的内部的准直镜片、整形镜片、聚焦镜片(25)和反射镜片(26)；
所述反射镜片(26)配置成将依次经由所述准直镜片、所述整形镜片和所述聚焦镜片(25)整形后的激光反射向所述出光中心孔(10)的出口。
2.根据权利要求1所述的高速激光熔覆枪，其特征在于，所述反射镜片(26)设于所述出光中心孔(10)的内壁上靠近所述出光中心孔(10)的出口的部位。
3.根据权利要求1所述的高速激光熔覆枪，其特征在于，
所述准直镜片包括第一准直镜片(21)和第二准直镜片(22)，所述整形镜片包括第一整形镜片(23)和第二整形镜片(24)，沿自所述出光中心孔(10)的入口向所述出光中心孔(10)的出口延伸的方向，所述第一准直镜片(21)、所述第二准直镜片(22)、所述第一整形镜片(23)、所述第二整形镜片(24)、所述聚焦镜片(25)和所述反射镜片(26)依次设置；
所述第一准直镜片(21)、所述第二准直镜片(22)和所述第一整形镜片(23)靠近所述出光中心孔(10)的入口端，所述第二整形镜片(24)和所述聚焦镜片(25)靠近所述出光中心孔(10)的出口端。
4.根据权利要求1所述的高速激光熔覆枪，其特征在于，所述激光整形组件还包括保护镜片(27)，所述保护镜片(27)设置于所述出光中心孔(10)的内部，所述反射镜片(26)配置成将激光反射至穿过所述保护镜片(27)。
5.根据权利要求1所述的高速激光熔覆枪，其特征在于，所述激光整形组件还包括保护镜片(27)，所述高速激光熔覆枪还包括激光送粉头(3)；
激光送粉头出光孔(31)的入口连接于所述出光中心孔(10)的出口，所述保护镜片(27)设置于所述出光中心孔(10)的内部或设于所述激光送粉头(3)的出光孔的内部，所述反射镜片(26)配置成将激光反射至穿过所述保护镜片(27)。
6.根据权利要求1所述的高速激光熔覆枪，其特征在于，所述激光整形组件还包括调焦装置(28)，所述高速激光熔覆枪还包括光纤接头(4)；
所述光纤接头(4)通过所述调焦装置(28)安装于所述主体(1)，且所述光纤接头(4)的出光口与所述出光中心孔(10)的入口连接，所述调焦装置(28)配置成能够调节所述光纤接头(4)和所述主体(1)之间的距离，以调整所述激光整形组件中镜片的焦距大小。
7.根据权利要求1所述的高速激光熔覆枪，其特征在于，以所述激光在所述反射镜片(26)上被反射的反射角为a，则100°≤a≤120°。
8.根据权利要求1所述的高速激光熔覆枪，其特征在于，在所述主体(1)的周壁内设有冷却水通道(5)，所述冷却水通道(5)的入口和所述冷却水通道(5)的出口均设于所述主体(1)上靠近所述出光中心孔(10)的入口的部位，所述冷却水通道(5)流经所述主体(1)上靠近所述出光中心孔(10)的出口的部位。
9.根据权利要求1所述的高速激光熔覆枪，其特征在于，在所述主体(1)的周壁内设有主体送粉通道(6)，所述主体送粉通道(6)配置成在所述出光中心孔(10)内安装有激光送粉头(3)的情况下与激光送粉头送粉通道(7)连通。
10.根据权利要求1所述的高速激光熔覆枪，其特征在于，在所述主体(1)的周壁内设有保护气通道(8)，所述保护气通道(8)的入口设有进气管，所述保护气通道(8)的出气口与所述出光中心孔(10)的出口连通。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023159477A1 (zh) * | 2022-02-22 | 2023-08-31 | 江苏大学 | 一种回转体构件偏心超高速激光复合制造方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN204825050U (zh) * | 2015-07-23 | 2015-12-02 | 南京中科煜宸激光技术有限公司 | 一种内孔用激光熔覆头 |
| CN110453217A (zh) * | 2019-09-06 | 2019-11-15 | 陕西天元智能再制造股份有限公司 | 一种宽光斑深孔激光熔覆头 |
| CN112281159A (zh) * | 2020-11-25 | 2021-01-29 | 宁波镭速激光科技有限公司 | 一种高速激光内孔熔覆枪 |
-
2021
- 2021-10-26 CN CN202111246918.0A patent/CN113957436B/zh active Active
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| US20240139813A1 (en) * | 2022-02-22 | 2024-05-02 | Jiangsu University | Eccentric extreme high-speed-rate laser hybrid manufacturing method for rotary engineering component |
| US12097559B2 (en) | 2022-02-22 | 2024-09-24 | Jiangsu University | Eccentric extreme high-speed-rate laser hybrid manufacturing method for rotary engineering component |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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