CN210683941U - 一种高速激光熔覆头 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种高速激光熔覆头，包括光纤接头，还包括喷嘴、光筒和三维调整装置，所述光纤接头与光筒连通，所述喷嘴通过三维调整装置与光筒连通，所述喷嘴上设有若干与粉末输送管连通的送粉通道，各所述送粉通道的粉末喷出轨迹交汇于焦点上方。在本实用新型中采用的三送粉通道设计的送粉喷嘴，粉末汇聚准确，能大幅减少堵粉故障，抗高热辐射能力强。在本实用新型中，三维调整装置调整喷嘴中心位置及高度位置，能保证喷嘴形成的粉斑与激光光斑同轴，实现高质量熔覆效果。

Description

一种高速激光熔覆头

技术领域

本实用新型涉及激光加工领域，尤其涉及一种高速激光熔覆头。

背景技术

高速激光熔覆技术是利用高能量密度的激光使粉末熔化并高速喷射到工件表面，与基材表面形成冶金结合的熔覆层的一种工艺方法。高速激光熔覆完成的熔覆涂层稀释率低、变形小、表面光洁度高。在工业再制造领域能极大地减少后续机加工成本，为企业节省大量维修费用。

和传统的熔覆激光技术相比，高速激光熔覆的工作效率要快几十倍。超过1平方米/小时的涂层高效率可以使激光熔覆的成本大幅降低，是无污染的绿色制造新技术。为创建绿色低碳循环发展的经济体系，限制和淘汰镀铬技术是必然趋势。高速激光熔覆技术具有广阔的应用前景。

目前制约高速激光熔覆发展的因素主要有两点：一是设备成本比传统镀铬高。随着高功率激光器技术升级应用，市场价格不断下降，能够逐步降低设备成本，研发适用于高功率高速熔覆的装置十分必要；二是熔覆头的可靠性不够。在高速激光熔覆过程中，由于产生大量热辐射，对送粉头造成很大损害，送粉喷嘴容易堵塞，降低表面成形质量，严重时导致加工中断。研制稳定可靠的高速激光熔覆头将有力促进高速激光熔覆设备的快速发展。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种高速激光熔覆头，以获得稳定的粉斑汇聚效果和优良的抗高热辐射能力，实现高质量熔覆效果。

本实用新型是这样实现的：

本实用新型提供一种高速激光熔覆头，包括光纤接头，还包括喷嘴、光筒和三维调整装置，所述光纤接头与光筒连通，所述喷嘴通过三维调整装置与光筒连通，所述喷嘴上设有若干与粉末输送管连通的送粉通道，各所述送粉通道的粉末喷出轨迹交汇于焦点上方。

作为优选，所述光纤接头通过调整法兰与光筒连接固定。

作为优选，所述光筒内设有将光纤接头射出的激光束进行反射的反射准直镜和将反射准直镜反射来的激光束射向喷嘴的反射积分镜。

作为优选，所述光筒内还设有第一保护镜，所述第一保护镜位于反射准直镜和反射积分镜之间。

作为优选，所述光筒出口处设置有第二保护镜。

作为优选，所述高速激光熔覆头还包括冷却套，所述冷却套固定连接在第二保护镜和三维调整装置之间。

作为优选，所述高速激光熔覆头还包括将熔覆头固定安装到机床平台或机器人手臂上的安装板，所述安装板与光筒相连。

本实用新型具有以下有益效果：

1、在本实用新型中采用的三送粉通道设计的送粉喷嘴，粉末汇聚准确，能大幅减少堵粉故障，抗高热辐射能力强。

2、在本实用新型中，三维调整装置调整喷嘴中心位置及高度位置，能保证喷嘴形成的粉斑与激光光斑同轴，实现高质量熔覆效果。

3、本实用新型采用反射准直镜和反射积分镜设计使光学系统能够承载高功率激光(大于6KW)，降低高速激光熔覆设备成本，大幅提高生产效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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它的附图。

图1为本实用新型实施例提供的高速激光熔覆头的示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1，本实用新型实施例提供一种高速激光熔覆头，包括光纤接头1，还包括喷嘴9、光筒10和三维调整装置8，所述光纤接头1与光筒10连通，所述喷嘴9通过三维调整装置8与光筒10连通，通过调节三维调整装置8的螺钉，可以调整喷嘴9的中心位置及高度位置，以保证喷嘴9形成的粉斑与激光光斑同轴，实现高质量熔覆效果，所述喷嘴9上设有若干与粉末输送管连通的送粉通道，在本实施例中采用了三个送粉通道，各所述送粉通道的粉末喷出轨迹交汇于焦点(熔覆加工部位)上方，在本实用新型中采用的三送粉通道设计的送粉喷嘴，粉末汇聚准确，能大幅减少堵粉故障，抗高热辐射能力强。

在高速激光熔覆头中，激光束13经过光纤接口1进入光筒10，经过反射准直镜3后，激光束13穿过第一保护镜4到达反射积分镜5，聚焦后的激光束经过第二保护镜6，汇聚到焦点(熔覆加工部位)，同时金属粉末从三个入口进入粉末喷嘴9，喷嘴9设置三条送粉通道，围绕中心轴线分别从上往下斜向布置，粉末从送粉通道末端喷射出来，汇聚到激光束焦点的上部，高能激光束13在空中加热粉末材料使其熔化，并高速喷射到工件表面，形成厚度均匀的激光熔覆层。实现工件表面的高速激光熔覆加工。

使用本实用新型前，将粉末输送管插入粉管入口12，所述高速激光熔覆头利用气载原理将金属粉末从三个入口送入喷嘴9，喷嘴9设置三条送粉通道，围绕中心轴线分别从上往下斜向布置，粉末从送粉通道末端喷射出来，以固定的夹角汇聚到中心处，形成高密度粉体(粉斑)，经过聚焦的高能激光束13沿喷嘴9中心线在空中快速熔化成粉末，并高速喷射到工件表面。在高速熔覆加工过程中，熔覆喷头与工件作相对运动，扫过工件表面，形成熔覆带搭接，直到完成工件表面全部区域的熔覆加工。

本实用新型提供的高速激光熔覆头由一套完整的光学系统、熔覆头本体、调整机构和粉末喷嘴等组成，本实用新型涉及的熔覆头本体包括光筒10、冷却套7和安装板11。本实用新型涉及的光学系统包括光纤接头1、调整法兰2、反射准直镜3、第一保护镜4、反射积分镜5、第二保护镜6。

光纤接头1位于熔覆头的上部，与调整法兰2固定连接。反射准直镜3、第一保护镜4、反射积分镜5安装在光筒10内部。在光筒10出口处设置有第二保护镜6，用于密封整个光学系统，防止灰层污染镜片。冷却套7固定连接在第二保护镜6和三维调整装置8之间，用于切断加工中喷嘴与光学系统之间的热传导，保护光学系统。

所述三维调整装置8与光筒10固定连接，所述喷嘴9位于熔覆头的下部，与三维调整装置8活动连接，所述三维调整装置8能够调整喷嘴9中心位置及高度位置，以保证喷嘴形成的粉斑与激光光斑同轴。

作为优选，所述光纤接头1通过调整法兰2与光筒10连接固定，将激光光纤插进光纤接头1，光纤接头1固定在调整法兰2上，使用调整法兰2可以调整准直镜的姿势，控制激光束的入射方向，保证激光束照射到反射准直镜3的中心。

作为优选，所述光筒10内设有将光纤接头1射出的激光束13进行反射的反射准直镜3和将反射准直镜反射来的激光束射向喷嘴9的反射积分镜5，反射准直镜3和反射积分镜5均呈45°角设置，反射准直镜3和反射积分镜5相互平行。本实用新型采用反射准直镜和反射积分镜设计使光学系统能够承载高功率激光(大于6KW)，降低高速激光熔覆设备成本，大幅提高生产效率。

作为优选，所述光筒10内还设有第一保护镜4，所述第一保护镜4位于反射准直镜3和反射积分镜5之间，激光经过反射准直镜3后，激光束穿过第一保护镜4到达反射积分镜5。聚焦后的激光依次经过第二保护镜6、冷却套7、三维调整装置8、喷嘴9后汇聚到焦点(熔覆加工部位)。

作为优选，所述光筒10出口处设置有第二保护镜6，用于密封整个光学系统，防止灰层污染镜片。

作为优选，所述高速激光熔覆头还包括冷却套7，所述冷却套7固定连接在第二保护镜6和三维调整装置8之间，用于切断加工中喷嘴与光学系统之间的热传导，保护光学系统。

作为优选，所述高速激光熔覆头还包括将熔覆头固定安装到机床平台或机器人手臂上的安装板11，所述安装板11与光筒10相连。

在本实用新型中，光纤接头1是激光的入口，光学系统有部分安装在熔覆头本体内部，三维调整装置8固定连接在熔覆头本体出口处，喷嘴9在最下部，与调整装置活动连接，各零件之间用螺钉连接，锁紧后并能保持固定位置。

本实用新型提供的高速激光熔覆头能够缩短加工时间，大幅度提高激光熔覆效率，是一项新能源及节能环保的新技术。本实用新型提供的高速激光熔覆头具有独特的结构，保证获得稳定的粉斑汇聚效果和优良的抗高热辐射能力。

本实用新型提供的高速激光熔覆头，实现了金属工件表面的高速激光熔覆加工，本实用新型适用于高功率激光器(大于6KW)，具备稳定高效的激光熔覆效果。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高速激光熔覆头，包括光纤接头，其特征在于：还包括喷嘴、光筒和三维调整装置，所述光纤接头与光筒连通，所述喷嘴通过三维调整装置与光筒连通，所述喷嘴上设有若干与粉末输送管连通的送粉通道，各所述送粉通道的粉末喷出轨迹交汇于焦点上方。

2.如权利要求1所述的高速激光熔覆头，其特征在于：所述光纤接头通过调整法兰与光筒连接固定。

3.如权利要求1所述的高速激光熔覆头，其特征在于：所述光筒内设有将光纤接头射出的激光束进行反射的反射准直镜和将反射准直镜反射来的激光束射向喷嘴的反射积分镜。

4.如权利要求3所述的高速激光熔覆头，其特征在于：所述光筒内还设有第一保护镜，所述第一保护镜位于反射准直镜和反射积分镜之间。

5.如权利要求1所述的高速激光熔覆头，其特征在于：所述光筒出口处设置有第二保护镜。

6.如权利要求5所述的高速激光熔覆头，其特征在于：还包括冷却套，所述冷却套固定连接在第二保护镜和三维调整装置之间。

7.如权利要求1所述的高速激光熔覆头，其特征在于：还包括将熔覆头固定安装到机床平台或机器人手臂上的安装板，所述安装板与光筒相连。

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