RU200650U1

RU200650U1 - Optical head for laser cladding

Info

Publication number: RU200650U1
Application number: RU2019144832U
Authority: RU
Inventors: Виктор Васильевич Мальцев; Дмитрий Олегович Чухланцев; Владимир Павлович Умнов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью «Термолазер»
Priority date: 2019-12-29
Filing date: 2019-12-29
Publication date: 2020-11-03

Abstract

Полезная модель относится к оборудованию для нанесения металлических покрытий путём лазерной наплавки. Устройство для лазерной наплавки содержит лазер 1 и лазерную головку 21. Лазерная головка содержит корпус 18, установленные в упомянутом корпусе линзу 2, устройство разделения лазерного излучения, устройство сведения лазерных пучков, устройство подачи наплавляемого материала, устройство 7 подачи наплавляемого материала. Устройство разделения выполнено в виде медной призмы 14 с отражающими поверхностями. Устройство сведения содержит два зеркала 5 и 6. Технический результат - повышение производительности и качества наплавки.The utility model relates to equipment for applying metal coatings by laser cladding. The device for laser cladding contains a laser 1 and a laser head 21. The laser head comprises a housing 18, a lens 2 installed in the said housing, a device for separating laser radiation, a device for converging laser beams, a device for feeding the material to be welded, and a device 7 for feeding the material to be welded. The separation device is made in the form of a copper prism 14 with reflective surfaces. The convergence device contains two mirrors 5 and 6. The technical result is increased productivity and quality of surfacing.

Description

Область техники, к которой относится полезная модель.The technical field to which the utility model belongs.

Полезная модель относится к машиностроению, более конкретно к оборудованию установок для термической обработки изделий лазерным излучением, ещё более конкретно к устройствам для нанесения металлического покрытия на поверхность изделия путём лазерной наплавки. The utility model relates to mechanical engineering, more specifically to the equipment of installations for heat treatment of products with laser radiation, and even more specifically to devices for applying a metal coating to the surface of the product by laser cladding.

Уровень техники.State of the art.

Из уровня техники известны различные конструкции оборудования для лазерной наплавки.Various designs of laser cladding equipment are known in the art.

Известно устройство для лазерной обработки, в частности лазерного спекания материалов, содержащее основной лазер, дополнительный лазер, поворотное зеркало с отверстием, поглотитель лазерного излучения. (RU167356, дата публикации 10.01.2017). Недостатком этого известного средства является необходимость использования двух разных источников лазерного излучения, с направлением значительной части энергии дополнительного лазера в поглотитель, а не на выполнение полезной работы.Known device for laser processing, in particular laser sintering of materials, containing a main laser, an additional laser, a rotating mirror with a hole, an absorber of laser radiation. (RU167356, publication date 01/10/2017). The disadvantage of this known means is the need to use two different sources of laser radiation, with the direction of a significant part of the energy of the additional laser in the absorber, and not to perform useful work.

Известно устройство для нанесения покрытия на образец, содержащее рабочую камеру, распылительное сопло и лазерный блок, установленные с возможностью взаимного перемещения относительно оси симметрии фокусирующих линз лазерного блока и оси симметрии распылительного сопла, электромагнитный индуктор (RU2645631, дата публикации 26.02.2018). Недостатком данного известного устройства является сложность и высокие энергозатраты, вызванные использованием электромагнитного индуктора в качестве второго источника нагрева образца. Кроме этого, недостатком устройства является оплавление порошкового материала только в ванне расплава на поверхности образца, что снижает производительность.Known device for coating a sample containing a working chamber, a spray nozzle and a laser unit mounted with the possibility of mutual movement relative to the axis of symmetry of the focusing lens of the laser unit and the axis of symmetry of the spray nozzle, an electromagnetic inductor (RU2645631, publication date 02/26/2018). The disadvantage of this known device is the complexity and high energy consumption caused by the use of an electromagnetic inductor as a second source of heating the sample. In addition, the disadvantage of the device is the melting of the powder material only in the molten bath on the sample surface, which reduces productivity.

В качестве наиболее близкого аналога выбрано известное устройство для лазерной наплавки, содержащее лазер, систему разделения лазерного пучка, в виде оптической системы формирования серии кольцевых лазерных пучков с регулируемым распределением мощности лазерного излучения по кольцевым пучкам, фокусирующую линзу, систему подачи наплавляемого материала, и систему сведения лазерных пучков, в виде системы фокусирующих конических зеркал, фокусы которых лежат на одной оптической оси, вдоль которой подается наплавляемый материал (RU2580180, дата публикации 10.04.2016). Недостатком данного известного средства является невозможность управления положением ванны расплава относительно оси подачи наплавляемого материала на поверхности объекта обработки, сложность точного изготовления и юстировки конических зеркал. Недостатком также является невозможность управления положением пятна для последующего подогрева трека поверхности наплава, для снятия напряжений, относительно оси подачи наплавляемого материала, а также расположение трубки подачи наплавляемого материала в зоне следования лазерных пучков, что требует охлаждения трубки и создает тень на поворотном зеркале и в кольцевых пучках подогрева трека на поверхности обработки.As the closest analogue, a well-known device for laser cladding was chosen, containing a laser, a laser beam separation system, in the form of an optical system for forming a series of ring laser beams with an adjustable distribution of laser radiation power over ring beams, a focusing lens, a system for feeding the deposited material, and a convergence system laser beams, in the form of a system of focusing conical mirrors, the focuses of which lie on one optical axis, along which the deposited material is fed (RU2580180, publication date 04/10/2016). The disadvantage of this known means is the impossibility of controlling the position of the molten bath relative to the feed axis of the deposited material on the surface of the processing object, the complexity of precise manufacturing and alignment of conical mirrors. The disadvantage is also the impossibility of controlling the position of the spot for the subsequent heating of the track of the weld surface, to relieve stresses relative to the axis of the deposited material supply, as well as the location of the supply tube of the deposited material in the zone of the laser beams, which requires cooling the tube and creates a shadow on the rotating mirror and in the annular beams of heating track on the processing surface.

Сущность полезной модели.The essence of the utility model.

Задача, решаемая настоящей полезной моделью, состоит в расширении эксплуатационных и технологических возможностей оборудования для лазерной наплавки. The problem solved by this utility model is to expand the operational and technological capabilities of equipment for laser cladding.

В ходе решения указанной задачи, достигается следующий технический результат: повышение производительности и качества обработки за счёт возможности регулирования положения и мощности пятен лазерного излучения на обрабатываемой поверхности, упрощение конструкции и улучшение массогабаритных характеристик. In the course of solving this problem, the following technical result is achieved: increasing the productivity and quality of processing due to the possibility of adjusting the position and power of laser radiation spots on the treated surface, simplifying the design and improving the weight and size characteristics.

Указанный технический результат достигается тем, что оптическая головка содержит корпус, установленные в упомянутом корпусе линзу для фокусировки лазерного излучения, устройство разделения лазерного излучения, устройство сведения лазерных пучков, упомянутое устройство разделения лазерного излучения выполнено в виде медной призмы с отражающими поверхностями, которая выполнена с возможностью разделения лазерного излучения, по меньшей мере, на два противоположно направленных лазерных пучка, упомянутое устройство сведения содержит два зеркала, которые направляют упомянутые противоположно направленные лазерные пучки в зону обработки, при этом упомянутые зеркала устройства сведения выполнены поворотными.The specified technical result is achieved in that the optical head comprises a housing installed in said housing a lens for focusing laser radiation, a device for separating laser radiation, a device for converging laser beams, said device for separating laser radiation is made in the form of a copper prism with reflective surfaces, which is configured dividing laser radiation into at least two oppositely directed laser beams, said convergence device contains two mirrors that direct said oppositely directed laser beams into the processing zone, said convergence device mirrors are made rotatable.

Указанный технический результат достигается также тем, что медная призма имеет в сечении треугольник или квадрат.The specified technical result is also achieved by the fact that the copper prism has a triangle or square in cross section.

Указанный технический результат достигается также тем, что медная призма имеет внутренние каналы для циркуляции охлаждающей жидкости.The specified technical result is also achieved by the fact that the copper prism has internal channels for the circulation of the coolant.

Указанный технический результат достигается также тем, что медная призма установлена с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном оптической оси линзы для фокусирования.The specified technical result is also achieved by the fact that the copper prism is installed with the ability to move in a direction perpendicular to the optical axis of the lens for focusing.

Указанный технический результат достигается также тем, что содержит установленное внутри корпуса устройство подачи наплавляемого материала, расположенное соосно оптической оси линзы для фокусирования.The specified technical result is also achieved by the fact that it contains a device for feeding the material to be welded, installed inside the housing, located coaxially with the optical axis of the lens for focusing.

Отличительной особенностью настоящей полезной модели является разделение входного лазерного излучения на несколько пучков и возможность регулирования мощности и направления разделённых лазерных пучков на обрабатываемой поверхности. A distinctive feature of this utility model is the division of the input laser radiation into several beams and the ability to control the power and direction of the separated laser beams on the treated surface.

Перечень фигур чертежей.List of figures of drawings.

На Фиг.1, 2 показана конструкция оптической головки устройства для лазерной наплавки. Figures 1 and 2 show the structure of the optical head of a laser cladding device.

На Фиг.3-7 показаны варианты расположения лазерных пучков относительно обрабатываемой поверхности.Figures 3-7 show variants of the arrangement of the laser beams relative to the treated surface.

Осуществление полезной модели.Implementation of the utility model.

Оборудование для лазерной наплавки должно обладать качественной оптической системой и средствами точной подачи наплавляемого материала в зону воздействия лазерного излучения, обеспечивающей высокий коэффициент использования материала. Кроме этого, современное оборудование в этой области должно обеспечивать управление размерами, мощностью пятна нагрева и его положением относительно оси подачи наплавочного материала в области обработки в широком диапазоне. Для прецизионной и производительной наплавки необходимо обеспечить возможность предварительного нагрева обрабатываемой поверхности вплоть до ее оплавления. Вместе с этим, важно также предусмотреть возможность создания ванны расплава на обрабатываемой поверхности до попадания на неё наплавляемого материала, а также, при необходимости, сопутствующий подогрев наплавленного трека. Это позволит предотвратить образование горячих трещин за счёт уменьшения скорости охлаждения и формирования напряжения сжатия в остывающей зоне наплавки.Equipment for laser cladding must have a high-quality optical system and means of precise supply of the material to be welded to the zone of laser radiation, which ensures a high utilization of the material. In addition, modern equipment in this area should provide control over the size, power of the heating spot and its position relative to the axis of supply of the surfacing material in the processing area in a wide range. For precision and productive surfacing, it is necessary to ensure the possibility of preheating the surface to be treated up to its melting. Along with this, it is also important to provide for the possibility of creating a pool of melt on the treated surface before the deposited material hits it, as well as, if necessary, concomitant heating of the deposited track. This will prevent the formation of hot cracks by reducing the cooling rate and the formation of compressive stress in the cooling zone of the surfacing.

Оптическая головка в соответствии с полезной моделью может использоваться в устройствах для лазерной наплавки, пример выполнения которого показан на Фиг.1. Устройство для лазерной наплавки содержит источник 1 лазерного излучения (например, твердотельный или газовый лазер) и оптическую головку 21. Оптическая головка 21 установлена на устройстве для наплавки с возможностью поворота вокруг своей оси и прямолинейного перемещения относительно обрабатываемой поверхности.The optical head in accordance with the utility model can be used in devices for laser cladding, an example of which is shown in Fig. 1. The device for laser cladding contains a source 1 of laser radiation (for example, a solid-state or gas laser) and an optical head 21. The optical head 21 is mounted on the device for surfacing with the possibility of rotation around its axis and rectilinear movement relative to the surface to be treated.

Оптическая головка 21 содержит корпус 18, в котором установлены линза 2 для фокусировки лазерного излучения от лазера 1, устройство разделения лазерного излучения и устройство сведения лазерных пучков. The optical head 21 contains a housing 18, in which a lens 2 is installed for focusing laser radiation from a laser 1, a device for separating laser radiation and a device for converging laser beams.

Устройство разделения лазерного излучения выполнено в виде медной призмы 14, имеющей отражающие поверхности 3 и 4. Отражающие поверхности 3 и 4 изготовлены так, что обеспечивают разделение входного лазерного излучения от лазера 1 на два противоположно направленных лазерных пучка. Функция отражающих поверхностей 3 и 4 состоит в разделении входного излучения от лазера 1 на два пучка, направленных в противоположные стороны. Близкие величины расходимости разделенных пучков позволяют получить в фокальной плоскости линзы 2 возле обрабатываемой поверхности 10 такие же близкие размеры фокальных пятен лазерного излучения.The device for separating laser radiation is made in the form of a copper prism 14 having reflective surfaces 3 and 4. The reflective surfaces 3 and 4 are made so that they provide separation of the input laser radiation from the laser 1 into two oppositely directed laser beams. The function of the reflecting surfaces 3 and 4 is to separate the input radiation from the laser 1 into two beams directed in opposite directions. Close values of the divergence of the separated beams make it possible to obtain in the focal plane of the lens 2 near the treated surface 10 the same close dimensions of the focal spots of laser radiation.

Устройство сведения содержит два зеркала 5 и 6, которые направляют противоположно направленные лазерные пучки в зону обработки обрабатываемой поверхности 10. Зеркала 5 и 6 выполнены с возможности поворота независимо друг от друга. Одним из конструктивных вариантов реализации этой функции является установка зеркал 5 и 6 на шаровые шарниры, а в качестве привода поворота могут использоваться линейные пьезодвигатели, сообщающие зеркалам 5 и 6 угловое перемещение непосредственно или через систему рычагов. Диапазон угловых перемещений зеркал 5 и 6 должен быть достаточным, чтобы обеспечить пересечение разделённых пучков 8 и 9 в области 13, как показано на Фиг.1, т.е. раньше, чем пучки 8 и 9 достигнут обрабатываемой поверхности 10. The convergence device contains two mirrors 5 and 6, which direct oppositely directed laser beams to the processing area of the treated surface 10. Mirrors 5 and 6 are made with the possibility of turning independently of each other. One of the constructive options for implementing this function is the installation of mirrors 5 and 6 on ball joints, and linear piezo motors can be used as a rotation drive, imparting angular movement to the mirrors 5 and 6 directly or through a system of levers. The range of angular displacements of mirrors 5 and 6 should be sufficient to ensure the intersection of the separated beams 8 and 9 in region 13, as shown in Fig. 1, i.e. before the beams 8 and 9 reach the treated surface 10.

Внутри корпуса 18 оптической головки установлено устройство 7 для подачи наплавляемого материала вдоль оси 12. Ось 12 подачи наплавляемого материала совпадает с оптической осью 11, а само устройство 7 подачи расположено между пучками 8 и 9, отражёнными зеркалами 5 и 6 устройства сведения. В качестве наплавляемого материала может использоваться порошковый металл с требуемыми свойствами.Inside the housing 18 of the optical head, a device 7 is installed for supplying the material to be welded along the axis 12. The axis 12 of supplying the material to be welded coincides with the optical axis 11, and the supply device 7 itself is located between the beams 8 and 9 reflected by mirrors 5 and 6 of the convergence device. Powdered metal with the required properties can be used as the deposited material.

Медная призма 14 может иметь в сечении треугольник (Фиг.1) или квадрат (Фиг.2).Copper prism 14 can have a triangle (Fig. 1) or square (Fig. 2) cross-section.

Медная призма 14 имеет внутренние каналы 15 и 16 для циркуляции охлаждающей жидкости, подаваемой станцией или насосом 17.The copper prism 14 has internal channels 15 and 16 for circulating the coolant supplied by the station or pump 17.

Медная призма 14 установлена с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном оптической оси 11 линзы 2. Это позволяет изменять мощность лазерного излучения, падающего на отражающие поверхности 3 и 4, и, соответственно, управлять мощностью выходных пучков 8 и 9. Copper prism 14 is installed with the ability to move in a direction perpendicular to the optical axis 11 of the lens 2. This allows you to change the power of laser radiation incident on the reflecting surfaces 3 and 4, and, accordingly, control the power of the output beams 8 and 9.

Медная призма 14 может быть выполнена составной, по меньшей мере, из одной или нескольких соприкасающимися боковыми поверхностями призм, при этом отражающие поверхности 3 и 4 также выполнены составными из одной, или нескольких, плоских прямоугольных отражающих поверхностей, с возможностью расположения, при небольшом угловом смещении призм в плоскости боковых поверхностей, под небольшим углом друг к другу. Это позволяет разделить входное излучение на несколько пучков и получить несколько фокальных пятен на или возле обрабатываемой поверхности 10. Например, отражающие поверхности 3 и 4 могут формировать или по одному, или по два, или по три пучка. Разделённые отражающими поверхностями 3 и 4, а затем сведённые зеркалами 5 и 6 пучки оказываются на обрабатываемой поверхности 10 с разных сторон от оси 12 подачи наплавляемого материала. Однако при этом геометрические центры всех пучков на обрабатываемой поверхности 10 расположены на одной прямой проходящей через ось подачи наплавляемого материала 12. Это повышает энергетическую эффективность использования лазерного излучения, так как исключает нагрев соседних областей, происходящий при кольцевом пучке, в которых не происходит процесс наплавки подаваемого по оси 12 наплавляемого материала. Copper prism 14 can be made composite of at least one or more contacting lateral surfaces of the prisms, while the reflecting surfaces 3 and 4 are also made composite of one or more flat rectangular reflecting surfaces, with the possibility of positioning, with a small angular displacement prisms in the plane of the side surfaces, at a slight angle to each other. This makes it possible to divide the input radiation into several beams and obtain several focal spots on or near the treated surface 10. For example, reflecting surfaces 3 and 4 can form either one, or two, or three beams. Separated by reflective surfaces 3 and 4, and then converged by mirrors 5 and 6, beams appear on the treated surface 10 from different sides from the axis 12 of the deposited material supply. However, in this case, the geometric centers of all beams on the treated surface 10 are located on one straight line passing through the axis of supply of the deposited material 12. This increases the energy efficiency of the use of laser radiation, since it excludes the heating of neighboring regions that occurs with an annular beam, in which the process of deposition of the supplied along the axis 12 of the deposited material.

Медная призма 14 выполнена с возможностью перемещения относительно оптической оси 11 фокусирующей линзы в перпендикулярном направлении. При одновременном перемещении отражающих поверхностей 3 и 4 относительно лазерного излучения, идущего от линзы 2 по оптической оси 11, изменяется полная мощность пучка, отражаемого каждой из отражающих поверхностей, что позволяет регулировать распределение мощности входного лазерного излучения по разделенным пучкам. Copper prism 14 is made with the ability to move relative to the optical axis 11 of the focusing lens in the perpendicular direction. With the simultaneous movement of the reflecting surfaces 3 and 4 relative to the laser radiation coming from the lens 2 along the optical axis 11, the total power of the beam reflected by each of the reflecting surfaces changes, which makes it possible to control the power distribution of the input laser radiation over the separated beams.

Поскольку устройство разделения лазерного пучка в виде медной призмы 14 разделяет входное лазерное излучение в диаметрально противоположных направлениях, ввод наплавляемого материала в устройство подачи 7, ориентация и закрепление этого устройства 7 внутри корпуса 18 осуществляется перпендикулярно к разделённым пучкам, т.е. во внутренней области корпуса 18, в которой нет ни других элементов, ни лазерных потоков. Это исключает образование теней и потерю мощности излучения. Since the device for dividing the laser beam in the form of a copper prism 14 divides the input laser radiation in diametrically opposite directions, the input of the deposited material into the feeding device 7, the orientation and fixing of this device 7 inside the housing 18 is carried out perpendicular to the separated beams, i.e. in the inner region of the housing 18, in which there are no other elements or laser streams. This eliminates the formation of shadows and loss of radiation power.

Диапазон регулировок углового положения зеркал 5 и 6 обеспечивает возможность пересечения разделённых пучков 8 и 9 в области 13, в которой также находится наплавляемый материал (например, порошковый), поступающий по оси подачи 12 из устройства 7 к обрабатываемой поверхности 10. Пересечение пучков 8 и 9 с осью 12 подачи наплавляемого материала обеспечивает расположение центров лазерных пучков на обрабатываемой поверхности 10 на прямой линии, проходящей через ось подачи 12. Пересечение лазерных пучков 8 и 9 с подаваемым для наплавки материалом позволяет осуществлять предварительный нагрев, вплоть до расплавления, этого материала до его контакта с обрабатываемой поверхностью 10. Это повышает скорость и качество выполнения наплавки. The range of adjustments for the angular position of mirrors 5 and 6 provides the possibility of intersecting the separated beams 8 and 9 in the region 13, which also contains the deposited material (for example, powder), which comes along the feed axis 12 from the device 7 to the surface to be treated 10. Intersection of beams 8 and 9 with the axis 12 of the deposited material feed ensures the location of the centers of the laser beams on the surface to be treated 10 on a straight line passing through the feed axis 12. The intersection of the laser beams 8 and 9 with the material supplied for surfacing allows preheating, up to melting, of this material until its contact with a machined surface of 10. This increases the speed and quality of surfacing.

В некоторых вариантах медная призма может быть установлена с возможностью поворота вокруг своей вертикальной оси.In some embodiments, the copper prism may be pivotable about its vertical axis.

Как говорилось выше, медная призма 14, зеркала 5 и 6 и устройство 7 подачи наплавляемого материала закреплены внутри корпуса 18 и, таким образом, могут поворачиваться вокруг оптической оси 11 и её продолжения - оси 12 вместе с корпусом 18. Установка оптической головки 21 с возможностью поворота позволяет оптимально ориентировать на обрабатываемой поверхности 10 фокальные пятна лазерных пучков и область подачи наплавляемого материала по оси 12 и координировать их ориентацию с направлением перемещения относительно обрабатываемой поверхности 10. Это позволяет наплавлять материал с полным использованием всех лазерных пучков, что повышает энергетическую эффективность лазерной наплавки.As mentioned above, the copper prism 14, mirrors 5 and 6, and the device 7 for feeding the material to be welded are fixed inside the housing 18 and, thus, can be rotated around the optical axis 11 and its continuation - the axis 12 together with the housing 18. Installation of the optical head 21 with the possibility rotation allows you to optimally orient the focal spots of laser beams and the area of the deposited material along the axis 12 on the processed surface 10 and coordinate their orientation with the direction of movement relative to the treated surface 10. This allows the material to be deposited with full use of all laser beams, which increases the energy efficiency of laser surfacing.

Вариант сведения лазерных пучков 8 и 9, пересекающихся с осью 12 подачи наплавляемого материала в области 13, показанный на Фиг.3, создаёт на обрабатываемой поверхности 10 промежуток между пучками. Стрелкой показано направление движения устройства.The variant of convergence of laser beams 8 and 9, intersecting with the axis 12 of the deposited material in the region 13, shown in Fig. 3, creates a gap between the beams on the treated surface 10. The arrow shows the direction of movement of the device.

Вариант сведения лазерных пучков 8 и 9, пересекающихся с осью 12 подачи наплавляемого материала в области 13, показанный на Фиг.4, не создаёт на обрабатываемой поверхности 10 промежуток между пучками. Стрелкой показано направление движения устройства.The variant of convergence of laser beams 8 and 9, intersecting with the axis 12 of the deposited material in the region 13, shown in Fig. 4, does not create a gap between the beams on the treated surface 10. The arrow shows the direction of movement of the device.

В варианте сведения, показанном на Фиг.5, лазерные пучки 8 и 9 перекрываются на обрабатываемой поверхности 10 на оси 12 подачи наплавляемого материала. Стрелкой показано направление движения устройства.In the convergence variant shown in Fig. 5, the laser beams 8 and 9 overlap on the treated surface 10 on the axis 12 of the deposited material supply. The arrow shows the direction of movement of the device.

В варианте сведения, показанном на Фиг.6, лазерные пучки 8 и 9 не пересекаются с наплавляемым материалом и расположены с разных сторон от зоны подачи наплавляемого материала на обрабатываемую поверхность 10 по оси 12. Стрелкой показано направление движения устройства. Пучок 9 создает ванну расплава 19, в которую в ходе перемещения устройства попадает наплавляемый материал, а пучок 8 в зоне подогрева трека 20 поверхности наплава снимает остаточные напряжения после наплава.In the convergence variant shown in Fig. 6, the laser beams 8 and 9 do not intersect with the material to be welded and are located on different sides from the zone of supply of the material to be welded to the work surface 10 along the axis 12. The arrow shows the direction of movement of the device. The beam 9 creates a pool of melt 19, into which, during the movement of the device, the deposited material enters, and the beam 8 in the heating zone of the track 20 of the weld surface removes residual stresses after the deposition.

В варианте сведения, показанном на Фиг.7, пучок 9 создает ванну расплава в зоне подачи наплавляемого материала на обрабатываемую поверхность 10, а пучок 8 в зоне подогрева трека поверхности наплава снимает остаточные напряжения после наплавления. Стрелкой показано направление движения устройства.In the variant of convergence, shown in Fig. 7, the beam 9 creates a pool of melt in the zone of supply of the deposited material to the workpiece surface 10, and the beam 8 in the zone of heating the track of the weld surface removes residual stresses after welding. The arrow shows the direction of movement of the device.

Устройство работает следующим образом. The device works as follows.

Лазер 1 генерирует входное лазерное излучение и направляет его вдоль оптической оси 11 на фокусирующую линзу 2. После фокусирующей линзы 2 устройство разделения лазерного пучка в виде медной призмы 14 с отражающими поверхностями, разделяет лазерное излучение, по меньшей мере, на два пучка или две группы пучков, и направляет их на два поворотных зеркала 5 и 6 устройства сведения. Поворотные зеркала 5 и 6 направляют лазерные пучки 8 и 9 на обрабатываемую поверхность 10 в зону подачи наплавляемого материала. При перемещении медной призмы 14 относительно входного лазерного излучения, в плоскости оптической оси 11 идущей от линзы 2 и оптической оси отраженной зеркалом 3 или 4, изменяется полная мощность излучения, отражаемая каждым из зеркал 3, 4, 5 и 6, что позволяет регулировать распределение мощности лазерного излучения по разделенным пучкам. Независимое угловое перемещение поворотных зеркал 5 и 6 пучков позволяет реализовать различное расположение лазерных пучков, как относительно друг руга, так и относительно оси 12 подачи наплавляемого материала. Конкретное расположение пучков на обрабатываемой поверхности определяется свойствами наплавляемого материала, материала обрабатываемой поверхности, технологическими режимами и пр. Laser 1 generates input laser radiation and directs it along the optical axis 11 to the focusing lens 2. After the focusing lens 2, a laser beam splitting device in the form of a copper prism 14 with reflective surfaces separates the laser radiation into at least two beams or two groups of beams , and directs them to two rotary mirrors 5 and 6 of the convergence device. Swivel mirrors 5 and 6 direct the laser beams 8 and 9 to the surface to be treated 10 into the zone of supply of the deposited material. When the copper prism 14 moves relative to the input laser radiation, in the plane of the optical axis 11 extending from the lens 2 and the optical axis reflected by the mirror 3 or 4, the total radiation power reflected by each of the mirrors 3, 4, 5 and 6 changes, which makes it possible to adjust the power distribution laser radiation by separated beams. The independent angular movement of the rotary mirrors 5 and 6 of the beams makes it possible to realize a different arrangement of the laser beams, both relative to each other and relative to the axis 12 of the deposited material supply. The specific arrangement of the beams on the surface to be treated is determined by the properties of the deposited material, material of the surface to be treated, technological modes, etc.

Разделение входного лазерного излучения плоскими прямоугольными областями на отражающих поверхностях 3 и 4 на несколько пучков по разным направлениям в параллельных плоскостях, регулирование распределения мощности между разделенными пучками путём перемещения медной призмы 14, предварительный подогрев наплавляемого порошкового материала путем пересечения с ним лазерных пучков, ориентация лазерных пятен и области подачи наплавляемого материала по направлению движения устройства, регулирование при этом расположения пятен и их мощности - это обеспечивает расширение функциональных возможностей, повышает скорость и качество выполнения лазерной наплавки, повышает ее энергетическую эффективность.Separation of the input laser radiation by flat rectangular areas on reflecting surfaces 3 and 4 into several beams in different directions in parallel planes, regulation of the power distribution between the separated beams by moving the copper prism 14, preheating of the deposited powder material by crossing laser beams with it, orientation of laser spots and the area of supply of the deposited material in the direction of movement of the device, while regulating the location of spots and their power - this provides an expansion of functionality , increases the speed and quality of laser surfacing, and increases its energy efficiency.

Таким образом, оптическая головка позволяет эффективно разделять входное лазерное излучение на несколько пучков и регулировать в широком диапазоне положением фокальных пятен выходных лазерных пучков, в частности, в зоне ванны расплава и зоны подогрева на обрабатываемой поверхности. Это позволяет осуществлять предварительный подогрев наплавляемого материала перед обрабатываемой поверхностью вплоть до его оплавления, что расширяет функциональные возможности оборудования для лазерной наплавки, повышает скорость и качество выполнения лазерной наплавки.Thus, the optical head makes it possible to effectively divide the input laser radiation into several beams and to regulate in a wide range the position of the focal spots of the output laser beams, in particular, in the zone of the melt bath and the heating zone on the treated surface. This makes it possible to preheat the material being deposited in front of the surface to be processed up to its melting, which expands the functionality of equipment for laser surfacing, increases the speed and quality of laser surfacing.

Claims

1. An optical head for laser cladding, comprising a housing installed in said housing, a lens for focusing laser radiation, a device for separating laser radiation, a device for converging laser beams, characterized in that said device for separating laser radiation is made in the form of a copper prism with reflective surfaces made with the possibility of dividing the laser radiation into two oppositely directed laser beams, and the said convergence device contains two mirrors for directing the said laser beams to the processing zone, while the said convergence mirrors are rotatable.

2. Optical head according to claim 1, characterized in that the copper prism has a triangle or square cross section.

3. Optical head according to claim 1, characterized in that the copper prism has internal channels for circulating coolant.

4. The optical head according to claim 1, characterized in that the copper prism is mounted for movement in a direction perpendicular to the optical axis of the lens.