CN209636323U - 一种激光内孔熔覆设备及重力送粉器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种激光内孔熔覆设备及重力送粉器，解决现有激光内孔熔覆设备送粉过程不均匀、送粉稳定性较差以及残留粉尘影响激光光路、影响熔覆效果的问题。激光内孔熔覆设备包括依次设置的光纤头、后端镜片组、中间连接件、前端镜片组以及设置前端镜片组一侧的送粉组件，前端镜片组包括前端镜片和前端镜片壳体；送粉组件包括重力送粉器、送粉嘴，重力送粉器将粉料送入送粉嘴；重力送粉器包括送粉器壳体、驱动装置以及螺旋杆；螺旋杆设置在送粉器壳体内，且通过驱动装置驱动，送粉器壳体内上设置有进料口、出料口。

Description

一种激光内孔熔覆设备及重力送粉器

技术领域

本实用新型涉及激光加工装置，具体涉及一种激光内孔熔覆设备及重力送粉器。

背景技术

激光熔覆是指以不同的添料方式在被熔覆基体表面放置被选择涂层材料，经激光辐照和基体表面薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低、与基体成冶金结合的表面涂层，该涂层显著改善基层表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气等特性，从而达到基体表面改性或修复的目的，既满足了对材料表面特定性能的要求，又节约了大量的贵重元素。

送粉器作为激光熔覆的关键设备，在熔覆过程中发挥着十分重要的作用。现有送粉器主要为重力送粉器和气动送粉器两种；气动送粉器具有在熔覆过程中粉末的利用率较低而导致熔覆成本较高的缺点，而重力送粉器相对而言利用率较高。目前激光熔覆采用的重力送粉器结构类型较多，但均表现出送粉过程不均匀、粉量忽多忽少、送粉稳定性较差等缺陷。

此外，现有的激光内孔熔覆设备在激光加工过程中，粉尘在设备里面飞舞，一是会影响激光光路，二是残留粉尘会影响熔覆效果，三是烟尘排除外界，影响环境，不利于环保。

实用新型内容

本实用新型的目的是解决现有激光内孔熔覆设备送粉过程不均匀、送粉稳定性较差以及残留粉尘影响激光光路、影响熔覆效果的问题，提供一种激光内孔熔覆设备及重力送粉器。

本实用新型的技术方案是：

一种激光内孔熔覆设备，包括依次设置的光纤头、后端镜片组、中间连接件、前端镜片组以及设置前端镜片组一侧的送粉组件，所述前端镜片组包括前端镜片和前端镜片壳体；所述送粉组件包括重力送粉器、送粉嘴，所述重力送粉器将粉料送入送粉嘴；所述重力送粉器包括送粉器壳体、驱动装置以及螺旋杆；所述螺旋杆设置在送粉器壳体内，且通过驱动装置驱动，所述送粉器壳体上设置有进料口、出料口。

进一步地，还包括气帘保护装置；所述气帘保护装置包括连接板、气帘、转接头和送气软管；所述气帘通过连接板固定设置在前端镜片壳体上，且靠近送粉嘴，所述送气软管通过转接头与气帘连接。

进一步地，还包括抽风除尘管路，抽风除尘管路包括抽风口、抽风管路和安装管夹，所述抽风口设置在送粉嘴一侧，且与抽风管路连接，所述抽风管路通过安装管夹设置在中间连接件上。

进一步地，所述送粉嘴通过粉嘴调节机构安装在前端镜片壳体上，所述粉嘴调节机构包括安装块和调节块；所述安装块的一端固定设置在前端镜片壳体上，另一端设置有调节孔；所述送粉嘴安装在调节块上，其一端设置有与调节孔相配合的滑动导柱。

进一步地，所述后端镜片组为准直镜组，所述光纤头通过安装架与准直镜组连接，所述安装架的一侧设置有调整顶丝，以调节光纤头和准直镜组的距离。

进一步地，所述前端镜片包括沿光路方向设置的反射式矩形积分镜。

进一步地，所述前端镜片包括沿光路方向设置的X轴聚焦透镜和反射式带状积分镜。

进一步地，所述前端镜片包括沿光路方向设置的聚焦镜和反射镜。

进一步地，所述反射镜上设置有调节装置，所述调节装置包括弹簧和调节螺栓，所述调节螺栓穿过反射镜和弹簧，且与前端镜片壳体连接。

同时，本实用新型还提供一种上述激光内孔熔覆设备所使用的重力送粉器，所述重力送粉器包括送粉器壳体、驱动装置以及螺旋杆；所述螺旋杆设置在送粉器壳体内，其通过驱动装置驱动，所述送粉器壳体内上设置有进料口、出料口。

本实用新型与现有技术相比，具有以下技术效果：

1.本实用新型设备采用的重力送粉器通过螺旋杆送粉，粉末利用率高、出粉均匀、熔覆效果好。

2.由于内孔熔覆时会有一定的烟尘，为了保护激光器镜片，本实用新型设备加装气帘保护装置和抽风除尘管路，熔覆时，将压缩气体送进气帘，从气帘的一排小孔吹出，将烟尘吹走，抽风除尘管路将烟尘从抽风口处抽走。

3.本实用新型激光内孔熔覆设备设置抽风除尘管路，避免了粉尘在设备内部飞舞，从而避免了影响激光光路和熔覆效果的问题；同时抽风除尘管路的设置使熔覆时的烟尘小，环保效果好。

4.本实用新型激光内孔熔覆设备对工件的内孔进行激光熔覆加工，跟传统的内孔堆焊比，拥有变形量小，稀释度小、组织致密、涂层与基体结合好、适合熔覆材料多、粒度及含量变化大等特点。

附图说明

图1为本实用新型激光内孔熔覆设备结构图；

图2为本实用新型重力送粉器结构图；

图3为本实用新型激光内孔熔覆设备局部结构图；

图4为本实用新型气帘保护装置和抽风除尘管路结构图；

图5为本实用新型粉嘴调节机构结构图；

图6为本实用新型反射镜调节装置结构图；

图7为本实用新型光学组件示意图一；

图8为本实用新型光学组件示意图二。

附图标记：1-光纤头，2-安装架，3-后端镜片组，4-中间连接件，5-前端镜片组，6-重力送粉器，7-送粉嘴，8-气帘保护装置，9-抽风除尘管路，31-调整顶丝，32-准直镜组，52-前端镜片壳体，53-反射式矩形积分镜，54-X轴聚焦透镜，55-反射式带状积分镜，56-聚焦镜，57-反射镜，58-弹簧，59-调节螺栓，61-送粉器壳体，62-驱动装置，63-螺旋杆，64-进料口，65-出料口，71-粉嘴调节机构，711-调节块，712-安装块，81-连接板，82-气帘，83-转接头，84-送气软管，91-抽风口，92-抽风管路，93-安装管夹。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型的内容作进一步详细描述。

激光熔覆是采用激光束加热熔覆材料和基材表面，使所需的特殊材料熔焊于工件表面的一种新型表面改性技术。激光内孔熔覆设备是用于油缸缸体、液压立柱、套筒类零件等有较大且很深的内孔的零件的内孔表面的激光熔覆加工的设备。

如图1至图6所示，激光内孔熔覆设备包括依次设置的光纤头1、后端镜片组3、中间连接件4、前端镜片组5以及设置前端镜片组5一侧的送粉组件；送粉组件包括重力送粉器6和送粉嘴7，重力送粉器6将粉料送入送粉嘴7；重力送粉器6包括送粉器壳体61、驱动装置62以及螺旋杆63；螺旋杆63设置在送粉器壳体61内，且通过驱动装置62驱动，送粉器壳体61上设置有进料口64、出料口65。内孔熔覆用小型送粉器为重力送粉器，其结构紧凑、体积小，送粉器包括送粉器本体、调速电机及减速机、连接件、进料口、出料口。送粉器使用时，用粉量比较小的时候，在进料口料斗加粉使用即可，熔覆时用粉量使用量比较大时，用气动送粉器送粉管将粉末送入料斗来补充。

送粉嘴7通过粉嘴调节机构71可以上下调节，也可以调节角度。送粉嘴7和出料口65之间用软管连接。送粉嘴7通过粉嘴调节机构71安装在前端镜片壳体52上，可对粉嘴的位置进行调节，粉嘴调节机构71包括安装块712和调节块711；安装块712的一端固定设置在前端镜片壳体52上，另一端设置有调节孔；送粉嘴7安装在调节块711上，其一端设置有与调节孔相配合的滑动导柱，通过调节孔和滑动导柱的配合，使得送粉嘴7角度和位置均可调整。

送粉嘴7的一侧设置有气帘保护装置8和抽风除尘管路9，气帘保护装置8包括连接板81、气帘82、转接头83和送气软管84；气帘82通过连接板81固定设置在前端镜片壳体52上，且靠近送粉嘴7，送气软管84通过转接头83与气帘82连接。

抽风除尘管路9包括抽风口91、抽风管路92和安装管夹93，抽风口91设置在送粉嘴7一侧，且与抽风管路92连接，抽风管路92通过安装管夹93设置在中间连接件4上。由于熔覆的时候会有一定的烟尘，内孔熔覆时为了保护激光器镜片，所以需要加装气帘保护装置8和抽风除尘管路9，熔覆时，将压缩气体送进气帘82，从气帘82的一排小孔吹出，将烟尘吹走，抽风除尘管路9将烟尘从抽风口91处抽走。

激光由光纤头进入，激光依次通过准直镜组32、聚焦镜56及反射镜57到达焦点进行熔覆。后端镜片组3即为准直镜组，对激光进行准直。中间连接件4为导光部件，将后端镜片组3出射的光导入前端镜片组5，前端镜片组5包括聚焦镜56、反射镜57，将后端镜片组3出射的光进行聚焦，并通过反射镜57到达加工位置。反射镜57上设置有调节装置，调节装置包括弹簧58和调节螺栓59，调节螺栓59穿过反射镜和弹簧58，且与前端镜片壳体52连接。

如图7所示，前端镜片还可以为沿光路方向设置的X轴聚焦透镜54和反射式带状积分镜55。此种设置时，激光器出射光束输出后，先通过激光光束准直透镜组进行光束准直，然后形成发散角很小的准平行光束，以便于长距离传输及整形；准平行光在经过传输后到达X轴聚焦柱面透镜仅对X轴进行聚焦；光束在通过X轴聚焦透镜54对X轴进行聚焦后，继续传输到达反射式带状积分镜55，带状积分镜其作用为对Y轴光线进行切割叠加并且对所有光束起到反射作用，使光束传播方向偏转90°。将激光器出射光束准直后，先后通过柱面透镜及单带状积分镜使激光光束最终以方形光斑输出，完全满足激光内孔熔覆的需要。需要特别注意的是，在整个系统中来说X轴聚焦柱面透镜的焦点应该与反射式带状积分镜55的焦点相重合。

如图8所示，前端镜片还可以为沿光路方向设置的反射式矩形积分镜53。激光器出射光束经激光传输光纤输出，先通过激光光束准直透镜组进行光束准直，形成发散角很小的准平行光束，以便于长距离传输及整形；光束传输到达反射式矩形积分镜53，反射式矩形积分镜53对X轴方向及Y轴光线同时进行切割重排叠加，并且对所有光束起到反射作用，使光束传播方向偏转90°。在该系统中，将Y轴整形聚焦与通过反射使光线偏转相融合，尽可能地简化了内控熔覆设备光学结构，节约了生产成本、使设备调节更简单、工作更稳定。将激光器出射光束准直，然后先后通过矩形积分镜，使激光光束最终以方形光斑输出，完全满足激光内孔熔覆的需要。在该系统中，激光光束的整形聚焦与通过反射使光线偏转相融合，极大简化了内控熔覆设备光学结构，节约了生产成本、使设备调节更简单、工作更稳定。本实用新型光学系统更为简单，大大简化了调节流程，并且在光斑整形过程中仅仅用一块矩形积分镜，在很大程度上节约了成本。

激光内孔熔覆设备工作时，需要一个旋转机床和三轴移动系统来执行熔覆工作，或者一个旋转机床和一个工业机器人来执行熔覆工作。激光内孔熔覆的过程如下：

1.将工件安装在旋转机床上，将激光内孔熔覆设备安装在三轴设备或者工业机器人上；

2.调整激光内孔熔覆设备的径向位置，保证激光光斑刚好位于工件内孔的正下面，再调整激光内孔熔覆设备的轴向位置，到熔覆的起始位置；

3.根据熔覆工艺参数，调整旋转机床旋转速度，三轴设备的直线进给速度，送粉器的送粉量参数；

4.开启旋转机床，开启激光器出光，开启送粉器送粉，开启三轴设备沿轴向进给，开始给工件内孔做激光熔覆工作；

5.熔覆完成，关闭激光器和送粉器，关闭旋转机床和三轴设备，检查工件，卸工件。

Claims (10)

1.一种激光内孔熔覆设备，其特征在于：包括依次设置的光纤头(1)、后端镜片组(3)、中间连接件(4)、前端镜片组(5)以及设置前端镜片组(5)一侧的送粉组件，所述前端镜片组(5)包括前端镜片和前端镜片壳体(52)；

所述送粉组件包括重力送粉器(6)、送粉嘴(7)，所述重力送粉器(6)将粉料送入送粉嘴(7)；

所述重力送粉器(6)包括送粉器壳体(61)、驱动装置(62)以及螺旋杆(63)；所述螺旋杆(63)设置在送粉器壳体(61)内，且通过驱动装置(62)驱动，所述送粉器壳体(61)上设置有进料口(64)、出料口(65)。

2.根据权利要求1所述的激光内孔熔覆设备，其特征在于：还包括气帘保护装置(8)；所述气帘保护装置(8)包括连接板(81)、气帘(82)、转接头(83)和送气软管(84)；所述气帘(82)通过连接板(81)固定设置在前端镜片壳体(52)上，所述送气软管(84)通过转接头(83)与气帘(82)连接。

3.根据权利要求2所述的激光内孔熔覆设备，其特征在于：还包括抽风除尘管路(9)，抽风除尘管路(9)包括抽风口(91)、抽风管路(92)和安装管夹(93)，所述抽风口(91)设置在送粉嘴(7)一侧，且与抽风管路(92)连接，所述抽风管路(92)通过安装管夹(93)设置在中间连接件(4)上。

4.根据权利要求1或2或3所述的激光内孔熔覆设备，其特征在于：所述送粉嘴(7)通过粉嘴调节机构(71)安装在前端镜片壳体(52)上，所述粉嘴调节机构(71)包括安装块(712)和调节块(711)；所述安装块(712)的一端固定设置在前端镜片壳体(52)上，另一端设置有调节孔；所述送粉嘴(7)安装在调节块(711)上，其一端设置有与调节孔相配合的滑动导柱。

5.根据权利要求4所述的激光内孔熔覆设备，其特征在于：所述后端镜片组(3)为准直镜组，所述光纤头(1)通过安装架(2)与准直镜组连接，所述安装架(2)的一侧设置有调整顶丝(31)，用于调节光纤头(1)和准直镜组的距离。

6.根据权利要求5所述的激光内孔熔覆设备，其特征在于：所述前端镜片包括沿光路方向设置的反射式矩形积分镜(53)。

7.根据权利要求5所述的激光内孔熔覆设备，其特征在于：所述前端镜片包括沿光路方向设置的X轴聚焦透镜(54)和反射式带状积分镜(55)。

8.根据权利要求5所述的激光内孔熔覆设备，其特征在于：所述前端镜片包括沿光路方向设置的聚焦镜(56)和反射镜(57)。

9.根据权利要求8所述的激光内孔熔覆设备，其特征在于：所述反射镜(57)上设置有调节装置，所述调节装置包括弹簧(58)和调节螺栓(59)，所述调节螺栓(59)穿过反射镜(57)和弹簧(58)，且与前端镜片壳体(52)连接。

10.一种重力送粉器，其特征在于：包括送粉器壳体(61)、驱动装置(62)以及螺旋杆(63)；所述螺旋杆(63)设置在送粉器壳体(61)内，其通过驱动装置(62)驱动，所述送粉器壳体(61)内上设置有进料口(64)、出料口(65)。