[實用新型]多角度可預熱回火式激光熔覆頭

有效

• 申請號: 201720388183.8
• 申請日: 2017-04-13
• 公開（公告）號: CN206869307U
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發明（設計）人: 楊林;李明;于天彪;王宛山
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: B23K26/046
• 分類號: B23K26/046;B23K26/067;B23K26/082;C23C24/10;B23K26/14
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司21212
• 代理人: 趙淑梅,李洪福

技術領域

本實用新型涉及一種激光熔覆前對基材進行預熱、熔覆后對熔覆層進行回火的激光熔覆頭。

背景技術

目前，激光熔覆是一種先進的表面改性技術，通過在基材表面添加熔覆材料，利用高能密度的激光束使之與基材薄層一起熔凝的方法，在基材表面形成與其為冶金結合的熔覆層。既能夠制造出復雜結構的零件，又能對破損零件進行修復，已被廣泛應用于制造業的各領域。

激光束直接輻照在材料表面使其熔化，然后通過熱傳導使其快速冷卻凝固，從而在材料表面形成與基體互熔。快速加熱和快速冷卻的特點造成過大的溫度梯度，容易導致熔覆層中存在較大的殘余應力，具有較高的開裂敏感性。另外，組織均勻性也較差，且存在一定數量的氣孔。這是激光熔覆在工業應用中受到限制的原因之一。

發明內容

根據上述提出的技術問題，而提供一種多角度可預熱回火式激光熔覆頭，能夠安裝在工業機器人A6軸上，或安裝在改造數控機床的主軸上，用于制造或修復機械零件，用于解決現有的激光熔覆，快速加熱和快速冷卻的特點造成過大的溫度梯度，容易導致熔覆層中存在較大的殘余應力，具有較高的開裂敏感性，以及組織均勻性也較差，且存在一定數量的氣孔的缺點。本實用新型采用的技術手段如下：

一種多角度可預熱回火式激光熔覆頭，包括：分束機構、分束變焦機構、激光掃描跟蹤機構和激光熔覆機構。

所述分束機構包括：分束腔體、分光鏡、分光鏡玻璃支撐板、三角支撐塊、曲面鏡和旋轉支撐法蘭；所述分束機構中的分束腔體上部設置有旋轉支撐法蘭，所述旋轉支撐法蘭的下圓環面上設置有六個用于安裝曲面鏡的圓孔；所述分束腔體包括上部的錐形部和下部的筒形部；所述分束腔體錐形部的外壁傾斜面圓周方向均布有六個圓環凸臺；所述的分光鏡玻璃支撐板設置于分束腔體筒形部的頂端；所述分光鏡玻璃支撐板上表面通過三角支撐塊設置有分光鏡。

所述激光掃描跟蹤機構包括：大齒輪、小齒輪、步進電機、旋轉支撐法蘭、光束連接套筒、圓錐滾子軸承、軸承支撐板和電機支架；所述激光掃描跟蹤機構中的光束連接套筒上部通過電機支架安裝有步進電機，所述旋轉支撐法蘭上端外壁設置有大齒輪，所述大齒輪通過小齒輪同步進電機傳動連接；所述光束連接套筒下部外壁同旋轉支撐法蘭的軸承孔之間設置有圓錐滾子軸承，所述光束連接套筒底部設置有用于承載限位圓錐滾子軸承的軸承支撐板。

所述的分束變焦機構設置于分束腔體的圓環凸臺末端；所述的激光熔覆機構設置于所述分束腔體筒形部底端；當步進電機驅動旋轉支撐法蘭，以及分束腔體轉動，能夠調整分光鏡的分光角度，進而調節通過曲面鏡折射入分束變焦機構的角度。

作為優選所述分束變焦機構包括：分束凹透鏡、鏡頭連接環、鏡頭調焦環、分束鏡頭和分束凸透鏡；所述分束變焦機構中的分束凹透鏡設置于分束腔體的圓環凸臺內孔，所述分束腔體圓環凸臺末端通過鏡頭連接環設置有鏡頭調焦環，所述鏡頭調焦環同鏡頭連接環螺紋連接；所述鏡頭調焦環末端設置有分束鏡頭，所述分束鏡頭內孔設置有分束凸透鏡。

作為優選所述激光熔覆機構包括：熔覆噴嘴、冷卻水連接頭、進水口、出水口、粉末導向套、錐形激光套、連接盤、擋光環、保護氣通入口和粉末進入口；所述激光熔覆機構的熔覆噴嘴同分束腔體筒形部的底端連接固定。

作為優選六個所述曲面鏡的圓心至旋轉支撐法蘭的圓心的距離d不相同。

作為優選分束腔體錐形部的圓環凸臺在徑向橫截面均勻分布，且兩兩形成一組，縱截面圓環凸臺軸線與水平方向角度θ₂各不相同。

作為優選所述三角支撐塊角度θ₁各不相同。

與現有技術相比較，本實用新型所述的多角度可預熱回火式激光熔覆頭，具有以下優點：

1、本實用新型所述的多角度可預熱回火式激光熔覆頭，當步進電機驅動旋轉支撐法蘭，以及分束腔體轉動，能夠調整分光鏡的分光角度，進而調節通過曲面鏡折射入分束變焦機構的角度，使通過分光鏡、曲面鏡射入分束變焦機構，分束腔體中的平行光束大部分經主光束凸透鏡用于激光熔覆，其余部分通過分光鏡、曲面鏡射入分束變焦機構，并于激光熔覆頭的前進方向進行預熱，后退方向進行回火，有效降低因單激光束快熱快冷所造成的殘余應力、裂紋敏感、組織不均的影響；能夠多方位對基材進行預熱，對熔覆層進行回火，大大地減小了溫度梯度。

2、本實用新型所述的多角度可預熱回火式激光熔覆頭，分光鏡、曲面鏡以及分束變焦機構設置有六個，分成三對，設置有三對預熱、回火激光頭供不同工藝參數下進行選擇，同時還能夠調節鏡頭調焦環來改變激光光斑大小，調節方便，可行性高。