[發明專利]一種熔覆軌跡可調的激光熔覆頭構件

有效

• 申請號: 201710139876.8
• 申請日: 2017-03-10
• 公開（公告）號: CN106862770B
• 公開（公告）日: 2018-11-13
• 發明（設計）人: 胡曉冬;姚建華;駱芳;吳國龍;董剛;黃利安;科瓦連柯·弗拉季米爾;阿里亞肯·邁克勒;如斯勒·褚克
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: B23K26/342
• 分類號: B23K26/342;B23K26/06
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;吳紅斐

一種熔覆軌跡可調的激光熔覆頭構件，熔覆頭安裝在可驅動熔覆頭沿豎直方向上下移動的豎直調節裝置上，熔覆頭內設有透鏡，且透鏡與熔覆頭同軸設置；送粉管通過可調節送粉管與熔覆頭之間的夾角大小的角度調節裝置安裝在熔覆頭上，且送粉管的中軸線的延長線與熔覆頭的中軸線的延長線相交；豎直調節裝置包括固定設置的第一絲杠電機，熔覆頭的外壁上設有與第一輸出軸相配合的第一螺母，第一輸出軸與第一螺母相嚙合，以驅動熔覆頭上下移動；角度調節裝置包括第二絲杠電機和第二螺母，送粉管靠近出口的一端與熔覆頭的外壁鉸接，送粉管靠近進口的一端與第二螺母的外壁鉸接，第二螺母與第二絲杠電機的第二輸出軸相嚙合。

技術領域

本發明涉及一種熔覆軌跡可調的激光熔覆頭構件。

背景技術

同軸熔覆頭是一種常用的激光熔覆加工工具，傳統的同軸熔覆頭的結構為：以通過中軸線的固定透鏡組匯聚激光束，以沿同一中軸線對稱分布的送粉流道實現粉末流的匯聚，激光束與粉末流都匯聚到同一軸線上。這種傳統的同軸熔覆頭的激光匯聚焦點和粉末匯聚點都是固定的，因此，不能在一條熔覆軌跡上實現不同位置處截面寬度的調整與變化。

葉片等薄壁復雜零件具有壁薄、截面軌跡復雜、截面寬度隨軌跡變化的特點，采用傳統同軸熔覆頭進行該類零件的熔覆制造與再制造修復時，由于熔覆軌跡的寬度不能調整，往往需要在同一層面上多次搭接，這樣增加了熱循環的加工次數，既不利于質量控制又降低了效率。為了實現激光熔覆過程中光斑大小的調節，德國弗朗霍夫激光研究所(ILT)設計了移動透鏡組結構的熔覆頭，其工作原理如圖1所示：在加工過程中，熔覆頭2’的激光出口距離加工平面的距離(H’)不改變，粉末輸送裝置3’的輸送角度α’也不改變；但是，在加工運動軌跡的不同位置處，通過采用由絲杠電機7’和螺母6’構成的直線位移調整裝置帶動透鏡4’沿其中軸線上下移動，以改變透鏡4’與熔覆頭2’的激光出口的距離(L’)，從而改變加工過程中激光束1’匯聚的焦點，以實現同一加工平面上不同位置處匯聚光斑5’的直徑(D’)大小的調節。

德國弗朗霍夫激光研究所的上述方法雖然能夠通過改變軌跡上不同位置的光斑尺寸實現熔覆軌跡寬度的變化，但并沒有在改變光斑尺寸的同時根據熔覆寬度的變化調整粉末輸送量和粉末輸送的位置，這會造成熔覆軌跡高度的起伏和截面形狀的不穩定；另外，由于大功率激光束通過透鏡會造成透鏡上熱量的集聚，該方案采用伺服電機帶動透鏡移動的方案，不利于在熔覆頭內部較小的空間內布置散熱裝置，因此會限制通過透鏡的激光光束的功率。

發明內容

為克服背景技術中存在的缺陷，本發明旨在提供一種激光熔覆過程中熔覆軌跡寬度可調且不會造成熔覆層高低起伏和截面形狀不穩定的熔覆軌跡可調的激光熔覆頭構件。

將本發明應用于激光熔覆裝置中，在進行軌跡掃描的過程中，一方面，通過豎直調節裝置帶動調節透鏡與熔覆頭的激光出口的距離，形成光斑匯聚點與熔覆平面的離焦量變化，從而調整光斑尺寸的大小以實現熔覆軌跡寬度的變化；另一方面，在熔覆寬度變化的同時調整送粉量和送粉角度，從而使寬度變化的熔覆軌跡的高度和截面形狀穩定，提高了熔覆質量。

本發明解決上述問題的技術方案是：

一種熔覆軌跡可調的激光熔覆頭構件，包括熔覆頭，所述熔覆頭安裝在可驅動熔覆頭沿豎直方向上下移動的豎直調節裝置上，所述熔覆頭沿豎直方向的上方設有激光入口，所述熔覆頭沿豎直方向的下方設有激光出口；熔覆頭內設有透鏡，且透鏡與所述熔覆頭同軸設置；

所述熔覆頭外設有送粉管，送粉管通過可調節送粉管與熔覆頭之間的夾角大小的角度調節裝置安裝在熔覆頭上；送粉管的出口向下，且送粉管的中軸線的延長線與熔覆頭的中軸線的延長線相交，以保證來自激光出口的激光束與來自送粉管的出口的粉體相聚；

所述豎直調節裝置包括固定設置的第一絲杠電機，所述第一絲杠電機的第一輸出軸垂直向下，熔覆頭的外壁上設有與所述第一輸出軸相配合的第一螺母，所述第一輸出軸與所述第一螺母相嚙合，以驅動熔覆頭上下移動；