[發明專利]一種激光熔覆裝置及方法

在審

• 申請號: 202010423213.0
• 申請日: 2020-05-19
• 公開（公告）號: CN111455377A
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 湛歡;李震;湯磊;劉梅;王亦軍;辛志文;汪樹兵
• 申請（專利權）人: 寶宇（武漢）激光技術有限公司
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 武漢維創品智專利代理事務所(特殊普通合伙) 42239
• 代理人: 余麗霞

本發明公開了一種激光熔覆裝置及方法，該激光熔覆裝置包括外殼、第一激光源、第二激光源、輸出頭、擴束器、反射鏡和保護鏡；在輸出頭的側面還設置有送粉頭，且送粉頭的底端開口與輸出頭的底端開口相通；第一激光源和第二激光源輸出的兩束光束依次經擴束器、反射鏡及保護鏡輸出到輸出頭的底端開口處，并在由送粉頭輸送至輸出頭的底端開口處的金屬合金粉末上形成靶面疊加，構成混合型雙激光束；由送粉頭輸送至輸出頭的底端開口處的金屬合金粉末，在經過混合型雙激光束加熱后，被熔融在金屬基體的上，形成金屬合金熔覆層。本發明提供的雙激光激光熔覆裝置及方法，能夠實現激光熔覆效率提升，使粉末利用率提升至90％以上。

技術領域

本發明涉及激光熔覆技術領域，具體涉及一種激光熔覆裝置及方法。

背景技術

在激光熔覆過程中，常用的高斯型光束的負焦區能量密度分布比正焦區稍微均勻一些，但是光斑中央區域能量密度偏大，使基體熔化較多，稀釋率較大，覆層硬度有所降低；光斑邊緣區域激光能量密度小，同時又考慮粉末對光束的遮擋，基體熔化量很小，稀釋率低，邊緣處結合質量無法保證，同時存在未熔顆粒，粉末利用率偏低(70％～80％)，影響多道搭接質量與涂層性能。常用半導體激光器的平頂光束非常適合激光熔覆技術，但是目前國內的半導體激光器發展比較緩慢，激光亮度偏低，激光光束穿透力不夠，并且一般不抗高反，因此不太適合高速激光熔覆或超高速激光熔覆技術。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明的目的在于提供了一種適合于高速激光熔覆或超高速激光熔覆的高效率激光熔覆裝置及方法。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：

一種激光熔覆裝置，包括外殼、設置于外殼一端的第一激光源和第二激光源、設置于外殼另一端的輸出頭以及設置于外殼內的擴束器、反射鏡和保護鏡；在所述輸出頭的側面還設置有送粉頭，且所述送粉頭的底端開口與所述輸出頭的底端開口相通；

其中，所述第一激光源用于輸出高斯型光束或超高斯型光束，所述第二激光源用于輸出M型光束或環形光束；且所述第一激光源和第二激光源輸出的兩束光束依次經擴束器、反射鏡及保護鏡輸出到所述輸出頭的底端開口處，并在由送粉頭輸送至輸出頭的底端開口處的金屬合金粉末上形成靶面疊加，構成混合型雙激光束；由所述送粉頭輸送至所述輸出頭的底端開口處的金屬合金粉末，在經過所述的混合型雙激光束加熱后，被熔融在金屬基體的上，形成金屬合金熔覆層。

在一些實施例中，所述擴束器、反射鏡及保護鏡依次設置在第一激光源和第二激光源輸出的兩束光束的光路上；

其中，所述擴束器用于改變光束的發散角與束腰半徑；

所述反射鏡用于將兩束光束以不同的反射角反射至所述保護鏡處，然后透過所述保護鏡進入到所述輸出頭；

所述保護鏡設置于所述輸出頭的頂端，用于防止在激光熔覆過程中流體狀金屬飛濺至外殼內部，損壞其他鏡片。

在一些實施例中，所述輸出頭上還開設有保護氣入口，保護氣入口用于在進行激光熔覆時連接外部保護氣裝置，以向金屬合金粉末提供保護氣。

一種利用上述的激光熔覆裝置進行激光熔覆的方法，包括如下步驟：

步驟1、通過第一激光源輸出光束Ⅰ，通過第二激光源輸出光束Ⅱ；

其中：光束Ⅰ為高斯型光束或超高斯型光束，光束Ⅱ為M型光束或環形光束；

步驟2、將第一激光源輸出光束Ⅰ和第二激光源輸出光束Ⅱ以不同的入射角依次經過擴束器改變發散角與束腰半徑后，入射到反射鏡中，再經過反射鏡反射至保護鏡中，最后再經過保護鏡傳輸到輸出頭中，并在輸出頭的底端開口處重疊，形成雙激光光束；與此同時通過送粉頭將金屬合金粉末送至所述輸出頭的底端開口處，同時從保護氣入口處向輸出頭內提供保護氣；