激光熔覆装置的制作方法

本发明涉及一种激光熔覆装置，属于激光加工领域。

背景技术：

激光熔覆是指以不同的添料方式在被熔覆基体表面上放置被选择的涂层材料经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低，与基体成冶金结合的表面涂层，显著改善基层表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性等的工艺方法，从而达到表面改性或修复的目的。激光熔覆按熔覆材料的供给方式大致可分为两大类,即预置式激光熔覆和同步式激光熔覆。预置式激光熔覆是将熔覆材料预先置于基材表面的熔覆部位，然后采用激光束扫描熔化，熔覆材料以粉、丝和板的形式加入，其中以粉末的形式最为常用。同步式激光熔覆则是将熔覆材料直接送入激光束中，使供料和熔覆同时完成。

由于激光熔覆装置在工作时温度较高，需要用光路冷却系统对装置中的分光镜、反射聚焦镜等进行降温处理。例如,中国专利cn106392314a公开了一种激光熔覆送料装置，该包括支撑架、设置在支撑架上的分光镜和反射聚焦镜及位于反射聚焦镜下方的喷嘴，分光镜将入射光束分为至少两束反射光束，再通过反射聚焦镜将至少两束反射光束聚焦成至少两束聚焦光束，至少两束聚焦光束形成中空无光区和焦点，激光熔覆送料装置内形成有供冷却介质循环流动以给支撑架、分光镜、反射聚焦镜降温的光路冷却系统。该激光熔覆送料装置内形成有供冷却介质循环流动以给支撑架、分光镜、反射聚焦镜降温的光路冷却系统。同时，中国专利cn106521485a公开了一种宽带激光熔覆用同轴送粉装置及其送粉方法，该装置包括套筒组件，套筒组件底端设有光束隔罩和从内到外依次套在光束隔罩上的内层气罩、外层气罩和冷却水罩，套筒组件底端内层气罩和外层气罩之间设有两个关于光束隔罩对称的送粉管，送粉管出口为矩形管，光束隔罩、内层气罩、外层气罩和冷却水罩位于底部的出口均为矩形，套筒组件上设有注水口和出水口、外层保护气入口、内层保护气入口和送粉入口。所述方法包括外源设备的连接、送粉装置参数调节及同轴宽带送粉激光熔覆三个步骤。

上述两个专利均为同轴送料方式的激光熔覆装置，虽然具有如下效果：

中国专利cn106392314a公开的激光熔覆送料装置通过在装置内形成有供冷却介质循环流动以给所述支撑架、分光镜、反射聚焦镜降温的光路冷却系统，从而可同时给支撑架、分光镜、反射聚焦镜降温，实现良好降温效果，进而可提高支撑架、分光镜、反射聚焦镜的使用寿命。

中国专利cn106521485a公开的宽带激光熔覆用同轴送粉装置采用同轴送粉方式实现对宽带激光熔覆的送粉，有效解决了侧向送粉方式时激光熔覆的方向性问题，并且粉末汇聚特性优于侧向送粉；内层保护气入口向内层气罩和光束隔罩的环空通入内层保护气，内层保护气包裹在光束隔罩形成的光斑上，不仅防止熔覆层表面氧化，还防止熔化金属液体飞溅堵塞送粉装置出口；外层保护气入口向内层气罩和外层气罩的环空通入外层保护气，外层保护气和内层保护气双重作用在送粉管喷出的粉斑上，约束了粉斑向内侧和外侧的扩散，对粉斑起到了整形的作用，使得粉斑铺放更加均匀；该装置采用多层罩体结构，即可实现了外层保护气、内层保护气和冷却水的相互隔离，通过罩体与套筒组件的安装即可实现了光斑、粉斑、外层保护气和内层保护气的定位，调节套筒组件高度即可调节送粉距离，整个装置结构简单、易于加工，特别适用于大型轴类件、大平面件的大面积激光熔覆应用领域。

但依然存在如下不足：

上述两种装置在工作时，以由一个水路系统供水或冷却液的冷却系统来对支撑架、分光镜和反射聚焦镜来进行降温处理。但是分光镜和反射聚焦镜上的热量往往不同，而目前的光路冷却系统通常是以一个水路系统来对分光镜和反射聚焦镜进行降温处理，无法根据反光镜和反射聚焦镜不同的温度分别对其进行降温，实现不同程度的冷却，从而导致装置的冷却效果不佳，影响被熔覆基体的改性或修复情况。

同时，由于现有的光路冷却系统的进水口和出水口通常设置在激光熔覆装置内部，在取走激光熔覆装置的喷嘴时，则需要将喷嘴拆开并取出安装与进水口和出水口的供水系统的管道，这样反复拆卸安装则会影响反射聚焦镜和反光镜的位置精度，从而影响装置精密性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种激光熔覆装置，该激光熔覆装置能对装置中的分光镜和反射聚焦镜进行不同程度的冷却处理，具有较佳的冷却效果，同时便于拆卸和安装。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种激光熔覆装置，用于接受入射光束并将所述入射光束转换成聚焦光束以在基材上形成焦点，所述激光熔覆装置包括支撑座和位于所述支撑座下方的喷嘴，所述支撑座上设有分光镜和至少两个反射聚焦镜，所述分光镜接收入射光束并将所述入射光束反射形成反射光束，所述反射聚焦镜接收所述反射光束并将所述反射光束转化为聚焦光束；所述支撑座上还设有供冷却介质循环流动以给所述反射聚焦镜降温的第一冷却系统和供冷却介质循环流动以给所述分光镜降温的第二冷却系统。

进一步地：所述第一冷却系统包括连接若干反射聚焦镜的管路和形成在每个所述反射聚焦镜内的冷却通道，所述管路与所述冷却通道对接。

进一步地：每个所述管路在两端设有水管公接头；每个所述冷却通道的两侧设有通道口，每个所述通道口上设有与所述水管公接头对接的水管母接头。

进一步地：其中两个所述管路的一端分别被定义为第一进水口和第一出水口；所述支撑座上还设有支座盖，所述支撑座与支撑盖围设形成用以收纳所述分光镜和所述反射聚焦镜的收纳空间，所述支座盖的顶部开设有使所述收纳空间与外部连通且供所述入射光束通过的开口；所述第一进水口和第一出水口设置在所述支座盖上，由于所述第一进水口和第一出水口设置在所述激光熔覆装置的外侧，所述第一冷却系统与外部的供水系统直接通过所述第一进水口和第一出水口连接。

进一步地：所述第二冷却系统包括进水口通道、出水口通道和形成在所述分光镜中的分光镜内腔，所述进水口通道和所述出水口通道与所述分光镜内腔对接。

进一步地：所述进水口通道和出水口通道开设在所述支撑座内，所述支撑座具有侧壁，所述进水口通道具有形成在所述侧壁上的第二进水口，所述出水口通道具有形成在所述侧壁上的第二出水口；由于所述第二进水口和第二出水口设置在所述激光熔覆装置的外侧，所述第二冷却系统与外部的供水系统直接通过所述第二进水口和第二出水口连接。

进一步地：所述支撑座上还设有至少两个调节支架，每个所述调节支架上均设有聚焦镜凹槽，所述反射聚焦镜设置在所述聚焦镜凹槽内；所述支撑座呈圆柱体，所述支撑座具有上表面，所述上表面上内凹形成有固定每个所述调节支架的支架凹槽以及贯通所述支撑座的光出口，所述光出口供所述聚焦光束穿过。

进一步地：所述上表面上还内凹形成有固定所述分光镜的分光镜凹槽，所述支撑座的中心垂线与所述分光镜的光轴重叠，每个所述支架凹槽相对于所述分光镜凹槽均匀设置在所述支撑座上表面的四周。

进一步地：所述分光镜包括对应所述反射聚焦镜数量设置的至少两个分光镜面，每个所述分光镜面为平面或弧型面；每个所述反射聚焦镜具有朝向分光镜面的反射聚焦镜面；所述反射聚焦镜面为一弧型镜面，或者，所述反射聚焦镜面由多段弧型镜面连接而成。

进一步地：所述喷嘴为导丝喷嘴，所述导丝喷嘴包括枪身和喷头；所述支撑座具有下表面，所述枪身固定在所述下表面上，所述喷头设置在所述枪身的底部。

本发明的有益效果在于：本发明的激光熔覆装置通过设置第一冷却系统和第二冷却系统两个独立的冷却系统来根据分光镜和反射聚焦镜上的热量分别对其输入不同温度的水或冷却液，从而达到分别降温的目的。故，该激光熔覆装置能对分光镜和反射聚焦镜分别进行降温处理，实现不同程度的冷却，具有较佳的冷却效果，提高了反光镜和反射聚焦镜的使用寿命，减少了聚焦镜和分光镜的热变形，保证了被熔覆基体的改性或修复情况。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为本发明一实施例所示的激光熔覆装置的部分分图；

图2为图1中的部分结构的部分分解图；

图3为图2中的部分结构的部分分解图；

图4为图1中喷嘴的部分分解图；

图5为图1中调节支架的部分分解图；

图6为图1中支撑座、调节支架部分结构的分解图；

图7为图1中支座盖、调节支架部分结构的分解图；

图8为图1中连接头的分解图；

图9为图1中分光镜、支撑座、调节支架部分结构的分解图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

请参见图1和图9，本发明的激光熔覆装置包括支撑座1和位于所述支撑座1下方的喷嘴2。所述支撑座1呈圆柱体，所述支撑座1具有上表面14，所述上表面14设置有调节支架5，所述上表面14上内凹形成有固定所述分光镜的分光镜凹槽15、内凹形成有固定每个所述调节支架5的支架凹槽以及贯通所述支撑座的光出口100。所述支撑座1上设有分光镜3和至少两个反射聚焦镜4，所述反射聚焦镜4通过调节支架5固定在所述支撑座1上并通过调节支架5进行位置的微调，所述调节支架5通过支架凹槽(未标号)固定在所述支撑座1上；在本实施例中，以反射聚焦镜4和调节支架5的数目为三进行说明，诚然，在其他实施例中，该反射聚焦镜4和调节支架5的个数还可为两个或四个及以上。所述支撑座1的中心垂线与所述分光镜3的光轴重叠，每个所述支架凹槽16相对于所述分光镜凹槽15均匀设置在所述上表面14的四周。所述分光镜3接收入射光束并将所述入射光束反射形成反射光束，所述反射聚焦镜4接收所述反射光束并将所述反射光束转化为聚焦光束，所述聚焦光束穿过贯通所述支撑座1的光出口100然后在基材(未图示)上形成熔覆焦点。所述支撑座1上还设有供冷却介质循环流动以给所述反射聚焦镜4降温的第一冷却系统6、供冷却介质循环流动以给所述分光镜3降温的第二冷却系统7以及设置在所述支撑座1上的支座盖8。所述支撑座1与所述支座盖8之间形成有收纳所述分光镜3和反射聚焦镜4的收纳空间(未标号)，通过该支撑座1和支座盖8将所述分光镜3和反射聚焦镜4收纳，从而使得装置整体结构集体化，同时起到防尘效果。所述支座盖8的顶部开设有使所述收纳空间与外部连通的开口(未标号)，所述支座盖8上设有与所述开口对接的光通管9，所述支撑座1上设有将所述光通管9固定的连接头10，所述连接头10活动安装在所述支撑座1上，且所述连接头10使所述光通管9相对所述支撑座1位移和/或偏摆，进而改变所述入射光束与所述分光镜3之间的位置和角度关系。

请参见图2，本发明的第一冷却系统6包括连接三个反射聚焦镜4的管路61和形成在每个所述反射聚焦镜4内的冷却通道(未图示)，每个所述管路61与所述冷却通道对接。每个所述管路61的两端设置有水管公接头611；每个所述冷却通道的两侧设有通道口62，每个所述通道口62上设有与所述水管公接头611对接的水管母接头621。在本实施例中，其中两根所述水管61的一端分别被定义为第一进水口612和第一出水口613，所述第一进水口612和第一出水口613设置在所述支座盖(未图示)上。通过该第一冷却系统6可以实现对所述反射聚焦镜4的降温效果，减少反射聚焦镜4的热变形，提高其使用寿命；同时，将第一进水口612和第一出水口613设置在支座盖上，方便其直接与外部的供水系统连接，避免因反复拆卸而影响装置的精密性，并且提高了工作效率。

请参见图3，本发明的第二冷却系统7包括进水口通道71、出水口通道72和形成在所述分光镜3中的分光镜内腔73，所述进水口通道71和所述出水口通道72与所述分光镜内腔73对接。所述进水口通道71和出水口通道72开设在所述支撑座1内，所述支撑座1具有支撑座侧壁11，所述进水口通道71具有形成在所述支撑座侧壁11上的第二进水口711；所述出水口72通道具有形成在所述支撑座侧壁11上的第二出水口721。通过该第二冷却系统7可以实现对所述分光镜3的降温效果，减少分光镜3的热变形，提高其使用寿命；同时，将第二进水口711和第二出水口721设置在支撑座侧壁11上，方便其直接与外部的供水系统连接，避免因反复拆卸而影响装置的精密性，并且提高了工作效率。

请参见图4，本发明的喷嘴2包括喷头21、枪身22以及用于微调所述喷嘴2位置的微调装置23，所述喷头21设置在所述枪身22的底部，所述微调装置23设置在所述枪身22的顶部，所述微调装置23可相对所述支撑座(未图示)位移。在本实施例中，所述微调装置23包括至少一个垫片231以及设置在所述枪身22顶部的固定部232，本实施例中，以所述垫片231的数量为2进行说明，诚然，在其他实施例中，该垫片231的数量还可为一或三个及以上，其主要目的是调节喷嘴与熔覆焦点之间的距离。所述垫片231夹持在所述固定部232与所述支撑座之间；所述垫片231和固定部232上均开设有第二过孔233，所述第二过孔233内插入有第二过孔杆234，所述第二过孔233的直径大于所述第二过孔杆234的直径。由于所述第二过孔233的直径大于所述第二过孔杆234的直径，所以，可通过微移所述微调装置23再通过所述第二过孔杆234紧固所述喷嘴2从而达到喷嘴2相对支撑座实现周向微调的目的。本实施例中，所述第二过孔杆234为螺钉，所述第二过孔杆234与所述支撑座通过螺纹(未图示)连接，通过采用螺纹连接以方便调节第二过孔杆234与支撑座的连接关系。诚然，在其他实施例中，该第二过孔杆234还能为其他紧固件。

在本实施例中，所述喷嘴2为导丝喷嘴，所述枪身22具有侧壁(未标号)和由所述侧壁围设形成的送丝腔(未图示)。丝材位于所述送料腔内，所述送丝腔沿所述侧壁的纵长方向延伸。所述侧壁的一侧设置有纵长开口24，所述纵长开口24沿所述侧壁的纵长方向延伸。

请参见图5和图9，本发明的调节支架5包括架体51和设置在所述架体51上的第一转轴52。所述反射聚焦镜4包括将反射光束转化成聚焦光束的聚焦面42、分别与所述聚焦面42连接的左侧面(未图示)和右侧面(未标号)以及贯通所述左侧面和右侧面的通孔41。所述第一转轴52穿过所述通孔41。所述架体51包括两个相对设置的侧板(未标号)、相对设置的顶板(未标号)和底板(未图示)以及连接所述侧板、顶板及底板的背板(未图示)，所述侧板、顶板、底板和背板围设形成聚焦镜凹槽511，所述反射聚焦镜4设置在所述聚焦镜凹槽511内，所述第一转轴52贯通并安装在所述架体51上，所述反射聚焦镜4以所述第一转轴52为轴心相对所述架体51转动。所述调节支架5还包括设置在所述架体51上的至少一个第一调节件53，在本实施例中，基于成本以及微调工艺的考虑，该第一调节件53的个数为2，且分别相对于所述第一转轴52的上方和下方设置。所述第一调节件53设置在所述背板上，且所述第一调节件53的端部抵持所述反射聚焦镜4。通过转动所述反射聚焦镜4进行反射聚焦镜4位置的微调后，再以所述第一调节件53紧固所述反射聚焦镜4以防止所述反射聚焦镜4因外力或者重力作用而发生位移，从而实现反射聚焦镜4相对所述调节支架5上下转动。

请结合图6，在本实施例中，所述调节支架5还包括设置在所述架体51上的第二转轴54，所述支撑座1上设有与所述第二转轴54配合的第二轴孔12。所述调节支架5还包括设置在所述架体51下部的螺杆55以及设置在所述支撑座侧壁的第二调节件56，所述第二调节件56相对设置所述第二转轴54的左侧和右侧，且所述第二调节件56抵持所述调节支架5；所述支撑座1上开设有弧形槽13，所述螺杆55部分伸入至所述弧形槽13内，所述调节支架5通过所述螺杆55固定在所述支撑座1上。本实施例中，配置第二转轴54能更方便地调节调节支架5从而微调反射聚焦镜(未图示)的周向位置，通过转动所述反射聚焦镜4进行反射聚焦镜4周向位置的微调后，再以所述第二调节件56紧固所述反射聚焦镜4以防止所述反射聚焦镜4因外力作用而发生位移，从而实现反射聚焦镜4相对所述调节支架5周向转动。诚然，在其他实施例中，可以仅设置弧形槽13和第二调节56件来对反射聚焦镜的周向位置进行调节。

本实施例中，将微调反射聚焦镜4周向位置的第二调节件56设置在该激光熔覆装置中光路的外侧，主要考虑到，当调节所述反射聚焦镜4的位置时，必须打开光束，由于光束具有很高的能量，如果接触到人体，就会产生很大的安全事故，所以将第二调节件56设置在装置外侧，具有方便用户调节，减少安全隐患的优点。

请结合图7，本发明的支座盖8具有支座盖侧壁81，所述支座盖侧壁81上设有闸板811和对应每个所述调节支架5位置且用以暴露所述调节支架5的闸口(未标号)，从而便于调节所述第一调节件53，所述闸板811密封所述闸口；同时，将第一调节件53设置在所述激光熔覆装置的光路外侧，方便直接调节所述反射聚焦镜4的位置，减少调节过程中存在的安全隐患。

请参见图8，本发明的连接头10包括具有相对设置的顶面(未标号)和底面(未标号)的固定环102、位于所述顶面上的上环101以及位于所述底面下的下环103；所述固定环102、上环101和下环103内均形成有安装孔104，所述光通管9依次插入至所述上环101、固定环102的安装孔104内，并通过固定环102固定；所述固定环102和上环101上还开设有至少两个螺纹孔(未标号)，每个所述螺纹孔内插入有调节螺钉105，所述调节螺钉105的底端抵持所述下环103，通过旋转可以实现调节螺钉105相对于固定环102上下移动，从而实现固定环102相对于连接头10偏摆调节，从而使入射光束实现角度调节的目的；而下环103的主要作用是避免调节螺钉105的底端刮损支座盖(未图示)的表面，导致其精度下降。本实施例中，基于制造工艺以及微调作用的考虑，所述螺纹孔和调节螺钉105的数量为三，能充分达到调节入射光束角度的目的，诚然，在其他实施例中，该螺纹孔和调节螺钉105的数量还能为二或四个及以上。所述上环101、固定环102和下环103上均开设有第一过孔106，所述支撑座(未图示)上设有第一过孔杆107，所述第一过孔杆107插入至所述第一过孔106内，且所述第一过孔106的直径大于所述第一过孔杆107的直径。由于所述第一过孔106的直径大于所述第一过孔杆107的直径，可通过微移所述连接头10后，再通过所述第一过孔杆107紧固所述连接头10，从而达到入射光束相对支撑座实现周向微调的目的。本实施例中，所述第一过孔杆107为第一过孔螺钉，所述第一过孔螺钉107通过螺纹(未图示)与所述支撑座连接，诚然，在其他实施例中，该第一过孔杆107还能为其他紧固装置。

在本实施例中，所述固定环102包括伸出部1021和夹层部1022，所述伸出部1021穿过所述上环101的安装孔104沿所述连接头10的高度方向设置。并且，所述下环103所采用的材料硬度高与所述支撑座所采用的材料，以防止调节螺钉105刮伤支撑座，从而导致定位精度差。

在本实施例中，所述分光镜3包括对应所述反射聚焦镜4数量设置的至少两个分光镜面31，每个所述分光镜面31为平面；诚然，在其他实施例中，该分光镜面21还可为弧型面。每个所述反射聚焦镜4具有朝向分光镜面31的反射聚焦镜面42；所述反射聚焦镜面42为一弧型镜面，诚然，在其他实施例中，该反射聚焦镜面42还可由多段弧型镜面连接而成。

综上所述，上述冷却系统由于采用两种独立的冷却系统根据分光镜和反射聚焦镜上不同的热量分别对分光镜和反射聚焦镜进行降温处理，能实现不同程度的冷却，具有较佳的冷却效果，提高了反光镜和反射聚焦镜的使用寿命，减少了聚焦镜和分光镜的热变形，保证了被熔覆基体的改性或修复情况；同时，将第一冷却系统的第一进水口和第二出水口设置在支座盖上，以及将第二冷却系统的第二进水口和第二出水口设置在支撑座侧壁上，在需要进行降温处理或结束降温处理的时候，不需要将激光熔覆装置进行拆解，而是直接将供水系统的管道从进水口和出水口上安装或拆卸，可以达到避免因反复拆卸安装影响反射聚焦镜和反光镜的位置精度，从而影响装置精密性的目的。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。