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概可分为两大类，即预置式激光熔覆和同步式激光熔覆。

1)预置式激光熔覆是将熔覆材料事先置于基材表面的熔覆部位，然后采用激光束辐照扫描熔化，熔覆材料以粉、丝、板的形式加入，其中以粉末的形式最为常用；

2)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。熔覆材料主要也是以粉末的形式送入，有的也采用线材或板材进行同步送料。

同步送料法是目前最为先进的激光熔覆技术，它可大大提高熔覆质量，降低熔覆层的稀释率和基材的热影响，与预置熔覆法相比可使所需的熔覆能量降低一倍以上，还易于实现自动控制。侧向送料由于被熔材料的出口和光的出口相距较远，被熔材料和光的可控性较好不会出现因被熔材料过早熔化阻塞出光口的现象。单侧送料方式的局限性在于送料只是一个方向，这使得当加工面是平面时加工轨迹只能是一条直线，而不能走诸如圆、方形等这些曲线，使这类送料器在加工中使用的方便性、灵活性受到限制。同轴送料克服了单侧送料的缺点，能够将被熔材料均匀分散成环型再汇聚后送入聚焦的激光光束中。

中国专利cn101386111a公开了一种激光光内送丝熔覆方法与光内送丝装置，该装置包括筒体、反射镜、聚焦镜、送丝管及喷丝嘴等部分，筒体上方有入光口，下方有出光口，反射镜为可将入射光束切割变换为环形光束的圆锥镜，聚焦镜为可将环形光束反射并聚焦成环锥形光束的环形反射聚焦镜，所述圆锥镜和环形反射聚焦镜与筒体上入光口、出光口均同轴线，圆锥镜固定于筒体中心，其镜面朝向入光口，环形反射聚焦镜固定于筒体内壁上，其镜面与分光镜的镜面相对，并朝向筒体下部出光口，单根送丝管从筒体外部插入，送丝管端部的喷丝嘴置于所述环锥形光束中的锥形中空无光区内，喷丝嘴与环锥形光束同轴线，喷丝嘴出口位置靠近环锥形光束的焦点。送丝管为双层套管结构，中间管道输送丝材，夹层管道为保护气通道。圆锥镜通过至少一根筋条固定于筒体中心，筋条的迎光面涂镀有吸光材料，筋条内部设置了冷却水道。该装置用圆锥镜将激光器发射的激光束变换为环形光束，再用环形聚焦镜聚焦成为环锥形光束，在环锥形光束中形成一锥形中空无光区，送丝管置于此无光区内并与环锥形光束同轴线。工作中丝材在环锥形光束中心被同轴垂直送入加工面上的熔池内，实现光内同轴送丝。

此光内送丝装置虽然具有如下效果：

可改变现有光外侧向送丝工艺方法带来的进丝和对准方位复杂难控，送丝过程中光束离焦波动和变方向扫描造成丝材的热作用发生变化，熔覆过程及熔道质量对相对位置的波动敏感，极易造成熔覆不连续和熔道质量恶化等诸多不足。光内送丝各方向送丝姿态方位一致，不受扫描方向性和离焦波动影响，光丝耦合连续稳定，熔层质量高。本发明用于金属材料的激光熔覆、三维实体快速成形、激光焊接与特种连接、激光修复再制造等场合。

但依然存在如下不足：

上述装置无法调节入射光束的位置和角度，由于零件制造误差和装配误差的存在，当入射光束通过入光口射入至装置内时，很难保证入射光束与分光镜同轴，因而无法保证入射光束通过分光镜反射出的光束与反射聚焦镜之间的位置关系，最终就无法保证通过反射聚焦镜形成的聚焦光束能汇聚到一点，从而影响被熔覆基体的改性或修复情况。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种激光熔覆装置，该激光熔覆装置设有用于固定并微调光通管位置的连接头，并能通过该连接头对入射光束进行位置和角度的微调，从而保证光束与分光镜同轴。

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用于盖合所述支撑座的支座盖，所述支撑座与所述支座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的开口，所述支座盖上设有与所述开口对接的光通管，所述光通管为中空型软管，所述支撑座上设有将上述光通管固定的连接头，所述连接头活动安装在所述支撑座上，且可相对所述支撑座位移，当所述连接头相对所述支撑座位移时，所述连接头改变所述光通管的弯曲状态。

进一步地：如权利要求1所述的激光熔覆装置，其特征在于，所述连接头包括具有相对设置的顶面和底面的固定环、位于所述顶面上的上环以及位于所述底面下的下环；所述固定环、上环和下环内均形成有安装孔，所述光通管依次插入至所述上环、固定环的安装孔内；所述上环、固定环和下环上均开设有第一过孔，所述支撑座上设有第一过孔杆，所述第一过孔杆插入至所述第一过孔内，且所述第一过孔的直径大于所述第一过孔杆的直径。

进一步地：所述第一过孔杆为第一过孔螺钉，所述第一过孔螺钉与所述支撑座通过螺纹连接。

进一步地：所述固定环包括伸出部和夹层部，所述伸出部穿过所述上环的安装孔沿所述连接头的高度方向设置。

进一步地：所述固定环和上环的周向上还开设有至少两个螺纹孔，每个所述螺纹孔内插入有调节螺钉，所述调节螺钉的底端抵持所述下环。

进一步地：所述下环所采用的材料硬度高与所述支撑座所采用的材料。

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聚焦镜面；所述聚焦镜面为一弧型镜面，或者，所述聚焦镜面由多段弧型镜面连接而成。

进一步地：所述喷嘴包括喷头、枪身以及用于微调所述喷嘴位置的微调装置，所述喷头设置在所述枪身的底部，所述微调装置活动安装在所述枪身的顶部，且可相对所述支撑座位移；所述微调装置包括至少一个垫片以及设置在所述枪身顶部的固定部，所述垫片夹持在所述固定部与所述支撑座之间；所述垫片和固定部上均开设有第二过孔，所述第二过孔内插入有第二过孔杆，且所述第二过孔的直径大于所述第二过孔杆的直径。

本发明的有益效果在于：本发明的激光熔覆装置在支座盖上设有用于固定并微调光通管位置的连接头，由于连接头中第一过孔的直径大于第一过孔杆的直径，通过微移所述连接头后，再通过所述第一过孔杆紧固所述连接头，从而达到光通管相对支撑座实现周向微调的目的。并且由于插入所述连接头中的光通管为中空型软管，通过调节所述连接头中调节螺钉，可以使所述连接头中的上环相对于所述连接头中的固定环上下移动，从而达到光通管偏摆角度的目的。故，该激光熔覆装置能保证光束与分光镜同轴，并使通过反射聚焦镜形成的聚焦光束能汇聚到一点，从而保证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。

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，上述激光熔覆装置在支座盖上设有用于固定并微调光通管位置的连接头，由于连接头中第一过孔的直径大于第一过孔杆的直径，通过微移所述连接头后，再通过所述第一过孔杆紧固所述连接头，从而达到光通管相对支撑座实现周向微调的目的。并且由于插入所述连接头中的光通管为中空型软管，通过调节所述连接头中调节螺钉，可以使所述连接头中的上环相对于所述连接头中的固定环上下移动，从而达到光通管偏摆角度的目的。故，该激光熔覆装置能保证光束与分光镜同轴，并使通过反射聚焦镜形成的聚焦光束能汇聚到一点，从而保证被熔覆基体的改性或修复情况。

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。