激光工作头的制作方法

本实用新型涉及激光表面处理加工技术领域，特别是涉及一种激光工作头。

背景技术：

激光加工是20世纪60年代初期兴起的一项新技术，此后逐步应用于机械、汽车、航空、电子等行业，尤以机械行业的应用发展速度最快。目前，随着工业激光器发展，激光淬火与激光熔覆技术得到了越来越广泛得应用。激光淬火是利用聚焦后的激光束照射到金属材料表面，使其温度迅速升高到相变点以上，当激光移开后，由于仍处于低温的内层材料的快速导热作用，使表层快速冷却到马氏体相变点以下，获得淬硬层的过程。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、抗氧化及电气特性的工艺方法，从而达到表面改性或修复的目的，既满足了对材料表面特定性能的要求，又节约了大量的贵重元素。但是现有激光工作头功能单一，只能进行激光熔覆或激光淬火的单一的加工，激光加工工艺工序准备时间较长。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种激光工作头，以解决上述现有技术存在的问题，使一个激光工作头就可以进行激光淬火和激光熔覆的两种表面加工，降低激光加工工艺工序准备时间，提高工作效率。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

本实用新型提供一种激光工作头，包括激光淬火头和送粉嘴，所述激光淬火头外壁上设置有调整支架，所述调整支架上活动连接有所述送粉嘴。

优选的，所述送粉嘴与所述调整支架为可拆卸连接。

优选的，所述激光淬火头包括依次连接的准直器、准直模块、聚焦镜模块、水冷保护镜模块、气帘支架和气帘，所述聚焦镜模块包括聚焦镜壳体、积分镜和积分镜镜架，所述积分镜镜架设置在所述聚焦镜壳体一侧，所述积分镜镜架上设置有所述积分镜，所述积分镜为45°积分镜且位于所述聚焦镜壳体内，所述准直模块和所述水冷保护镜模块分别设置在所述聚焦镜模块相邻的两侧，激光器发出激光经过所述准直器和所述积分镜照射到工件表面。

优选的，所述激光淬火头上还设有指示灯，所述指示灯用于发射指示光，所述指示光指示出激光淬火头射出的激光的焦点位置。

优选的，所述聚焦镜模块上还设置有连接法兰。

优选的，所述积分镜上设置有第一水冷通道，所述第一水冷通道两端为第一水冷进口和第一水冷出口，所述积分镜镜架上对应于所述第一水冷进口和所述第一水冷出口的位置设有快插水冷接口。

优选的，所述水冷保护镜模块内设有第二水冷通道，所述第二水冷通道两端为第二水冷进口和第二水冷出口。

优选的，所述送粉嘴包括芯棒、外壳、进粉口和盖帽，所述进粉口通过螺纹连接于所述盖帽上，所述盖帽通过螺纹连接于所述芯棒的一端，所述芯棒的另一端为出粉口，所述芯棒内设有与所述进粉口和所述出粉口连通的芯棒内孔，所述芯棒外侧壁上设有螺旋水槽，所述外壳套设在所述芯棒外并与所述芯棒焊接，所述外壳上设有与所述螺旋水槽连通的第三水冷进口和第三水冷出口。

优选的，所述芯棒内孔的横截面为矩形，所述出粉口内孔的横截面为矩形。

优选的，所述送粉嘴为紫铜送粉嘴，所述积分镜为紫铜积分镜。

本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：

本实施例提供的激光工作头，在现有激光淬火头的旁轴悬挂一个送粉嘴，调整好送粉嘴到激光焦点的距离，在送粉嘴的进粉口位置插上送粉管进行送粉就可以进行激光熔覆加工；不使用送粉嘴，可以进行激光淬火加工。本实施例提供的激光工作头可以进行淬火和熔覆的两种表面加工，大幅降低了激光加工工艺工序准备时间。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型激光工作头的主视结构示意图；

图2为图1的左视图；

图3为本实用新型激光工作头的送粉嘴的内部结构示意图；

图4为本实用新型激光工作头的送粉嘴的整体结构示意图；

图5为图3的仰视图；

图6为本实用新型激光工作头积分镜的聚焦示意图；

图7为本实用新型激光工作头积分镜聚焦的矩形光斑的示意图；

图中：1-准直器、2-准直模块、3-聚焦镜模块、4-连接法兰、5-积分镜支架、6-积分镜、7-水冷保护镜模块、8-气帘支架、9-气帘、10-送粉嘴、101-进粉口、102-盖帽、103-外壳、104-芯棒、105-螺旋水槽、106-出粉口、107-第三水冷进口、108-第三水冷出口、11-指示灯、12-快插水冷接口、13-指示光、14-激光聚焦光束、15-调整支架、16-聚焦镜壳体。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的目的是提供一种激光工作头，以解决上述现有技术存在的问题，使一个激光头就可以进行激光淬火和激光熔覆的两种表面加工，降低激光加工工艺工序准备时间，提高工作效率。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

实施例一

本实施例提供一种激光工作头，包括激光淬火头和送粉嘴10，激光淬火头外壁上设置有调整支架15，调整支架15上活动连接有送粉嘴10。

本实施例提供的激光工作头，在现有激光淬火头的旁轴悬挂一个送粉嘴10，调整好送粉嘴10位置，即调整好送粉嘴10到激光焦点的距离，在送粉嘴10的进粉口位置插上送粉管就可以进行激光熔覆加工；不使用送粉嘴10，可以进行激光淬火加工。本实施例提供的激光工作头可以进行淬火和熔覆的两种表面加工，大幅降低了激光加工工艺工序准备时间。

本实施例提供的激光工作头的送粉嘴10与调整支架15为可拆卸连接，根据不同的加工工艺，可以选择将送粉嘴10拆卸下来或安装在调整支架15上。

本实施例提供的激光工作头的激光淬火头包括依次连接的准直器1、准直模块2、聚焦镜模块3、水冷保护镜模块7、气帘支架8和气帘9，聚焦镜模块3包括聚焦镜壳体16、积分镜6和积分镜镜架5，积分镜镜架5设置在聚焦镜壳体16一侧，积分镜镜架5上设置有积分镜6，积分镜6为45°积分镜且位于聚焦镜壳体16内，准直模块3和水冷保护镜模块7分别设置在聚焦镜模块2相邻的两侧，激光器发出激光经过准直器1和积分镜6照射到工件表面。

本实用新型提供的激光工作头通过一个45°积分镜将内部的光路反射90°，进行激光熔覆或淬火的加工，采用了反射式聚焦，改变了激光的光路；积分镜6是在与球面或非球面反射聚焦镜的回转方向相垂直的方向上采用多带反射斜面代替曲面，经反射后，矩形焦斑的一个边的长度由反射斜面的长度决定，另一个边的长度由离焦得到；只需更换不同的积分镜6，就可以得到不同的矩形光斑和焦距，来满足不同要求的工件表面处理。如图6、图7所示，激光光束通过准直器准直出ΦD的光束，射在呈α角的积分镜反射面上，反射聚焦成焦距为Feff的矩形光斑，进行激光熔覆和淬火加工。积分镜6镜面是通过几何算法加工来的，可以将激光积分聚焦成L1×L2的矩形光斑。

不同的工件根据所需技术要求及工艺确定是否需要更换积分镜6，通常一个焦距的积分镜可以满足很多工件的工艺要求。更换积分后，调整好指示光13和光斑的相对位置，使指示光和光斑(激光器引导光光斑)处于相交的位置，找到焦点位置，调整好工件与焦点的位置，使焦点与工件处于工艺所需的离焦状态，即位于工件上方某个距离位置，就可以对不同的工件进行激光淬火加工；且更换不同具有出粉口径的送粉嘴10，可以获得不同宽度粉末轨迹。

本实施例的准直模块2和准直器1通过管螺纹连接固定，聚焦镜模块3和水冷保护镜模块7通过螺钉连接固定，水冷保护镜模块7和气帘支架8通过螺钉连接固定，聚焦镜模块3和积分镜镜架5通过螺钉连接固定，气帘支架8和气帘9通过螺钉连接固定。本实施例的聚焦镜模块3上还设置有连接法兰4，连接法兰4与聚焦镜模块3通过螺钉固定，连接法兰4作用是在激光加工应用中将本实施例提供的激光工作头固定于机床或者机械臂上。通常积分镜6对给定激光波长的反射率约为99％，剩余1％的激光与积分镜6材料相互作用，转化为热量，水冷保护镜模块7的作用就是将这部分热量带走，避免由于热积累而损坏积分镜。准直器7是光路准直的部件，准直模块2是安装准直器的连接件，气帘9的作用是采用压缩空气或者其他气体来保护工作头镜片，将加工过程中的飞溅物、烟尘等吹离加工头；气帘支架8的作用是将气帘9固定。

本实施例的激光淬火头上还设有指示灯11，指示灯11用于发射可见的指示光13，指示光13指示出激光淬火头射出的激光的焦点位置，方便对工件进行加工。本实施例的指示灯11为红光二极管，指示光13的角度是按积分镜6的焦点位置预设好的，与激光聚焦光束14的交叉点即为焦点。

本实施例的积分镜6上设置有第一水冷通道，第一水冷通道两端为第一水冷进口和第一水冷出口，积分镜镜架5上对应于第一水冷进口和第一水冷出口的位置设有快插水冷接口12。

左右对称的快插水冷接口12，与外置冷水机相连，冷却水在积分镜6中流动，这样就可以保证了长时间的激光熔覆和淬火加工。

水冷保护镜模块7内设有第二水冷通道，第二水冷通道两端为第二水冷进口和第二水冷出口，分别与一进水路和一出水路连接，冷却水在水冷保护镜模块7中流动。

本实施例的激光淬火头的送粉嘴10包括芯棒104、外壳103、进粉口101和盖帽102，进粉口101通过螺纹连接于盖帽102上，盖帽102通过螺纹连接于芯棒104的一端，芯棒104的另一端为出粉口106，芯棒104内设有与进粉口101和出粉口106连通的芯棒内孔，芯棒104外侧壁上设有螺旋水槽105，外壳103套设在芯棒104外并与芯棒104焊接，外壳103上设有与螺旋水槽105连通的第三水冷进口107和第三水冷出口108。第三水冷进口107和第三水冷出口108分别与一进水路和一出水路相连，冷却水在送粉嘴中呈螺旋流动，在长时间熔覆过程中送粉嘴10能够完全冷却。

由于在激光熔覆过程中，送风嘴10位置的温度非常高，若不设置冷却装置，送粉嘴10连续工作，粉末会在送粉嘴10出口熔化，堵塞送粉嘴10。本实施例中的送粉嘴10设置有冷却装置，有效解决此问题，可使加工头长时间可靠工作。盖帽102拧在芯棒104上，便于清洁送粉嘴中的金属粉末。

芯棒104内孔横截面为矩形的通道，出粉口106内孔的横截面为矩形，出粉口106的外壁呈锥形，本实施例的出粉口106内孔是10mm×2mm的矩形孔。

送粉嘴10为紫铜送粉嘴，积分镜6为紫铜积分镜，便于热量的传输。

本实用新型中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。