一种激光熔覆大离焦量调节装置的制作方法

本实用新型涉及激光熔覆装置领域，具体涉及一种激光熔覆大离焦量调节装置。

背景技术：

激光熔覆亦称激光包覆或激光熔敷，是一种新的表面改性技术。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。与堆焊、喷涂、电镀和气相沉积相比，激光熔覆具有稀释度小、组织致密、涂层与基体结合好、适合熔覆材料多、粒度及含量变化大等特点，因此激光熔覆技术应用前景十分广阔。

激光熔覆的工艺参数主要有激光功率、光斑直径、熔覆速度、离焦量、送粉速度、扫描速度等。这些参数对熔覆层的稀释率、裂纹、表面粗糙度以及熔覆零件的致密性等有很大影响。激光功率越大，融化的熔覆金属量越多，产生气孔的概率越大。随着激光功率增加，熔覆层深度增加，周围的液体金属剧烈波动，动态凝固结晶，使气孔数量逐渐减少甚至得以消除，裂纹也逐渐减少。工艺参数中离焦量是直接关系到激光功率，所以，在激光焊接过程中，通过调节离焦量进而影响焊接质量。激光焊接通常需要一定的离焦量，因为激光焦点处光斑中心的离焦量功率密度过高，容易蒸发成孔。离开激光焦点的各平面上，功率密度分布相对均匀。在激光热处理过程中，离焦量对热处理效果产生直接的的影响。当离焦量过大，作用在工件上的功率密度过低达不到处理工件的目的；当离焦量过小，作用在工件上的功率密度过高，容易熔化激光照射点，破坏工件表面。现有技术中一般激光熔覆设备是通过调节镜片位置来调节焦点位置，激光熔覆设备调节离焦量时需要拆卸套筒并往下拉到合适位置再锁紧套筒。

首先，利用现有模块调节镜片来调节焦点位置，该方法保持喷嘴位置不动，仅调节镜片位置，实现离焦距的改变，但是调节量有限，不能实现较大的调节范围。其次，一般激光熔覆设备调节离焦量时需要拆卸套筒，经常拆卸套筒会导致以下问题：一、由于套筒上部容易飞进金属粉末，造成卡死现象，比较难拆卸。二、容易造成上装配件变形、螺纹滑丝、污染保护镜片等。三、拆卸后重新调整光粉同轴性(粉末焦点与激光同轴性)比较困难，易出现水路、气路接头断裂、漏水等问题。最后，套筒与上部装配件间有缝隙，产生漏气。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种激光熔覆大离焦量调节装置，以解决现有激光熔覆在不拆卸套筒的前提下实现调节离焦量的问题。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种激光熔覆大离焦量调节装置，包括外壳、置于所述外壳内侧的外圈组件、置于所述外圈组件内侧的内圈组件，所述外壳、外圈组件以及内圈组件为同轴圆筒结构；所述外壳的外壁上设有第一螺栓组件；所述外圈组件包括通过螺丝固定连接的上外圈和下外圈；所述内圈组件包括通过螺丝固定连接的上内圈和下内圈、置于所述上内圈顶端并通过螺丝固定连接的密封压块；所述上内圈外壁上设有外螺纹，所述上外圈和所述下外圈之间固定有与所述外螺纹相配的调节螺母；所述上外圈和所述密封压块、所述上外圈和所述下外圈、所述上内圈和所述下内圈、所述下内圈和所述下外圈的接缝处均设有橡胶圈。

本技术方案的工作原理和过程如下：

依据熔覆效果的要求不同，对于离焦量的需求是不同的，在开始激光熔覆处理前，需要通过调节装置对离焦量进行调节。首先，将外壳通过螺纹连接到镜片保护模块，下内圈底部通过螺纹连接下部的喷嘴。此时外壳和外圈组件与上部组件固定连接，保持静止状态，通过调节螺母旋转带动置于外圈组件内侧的内圈组件上下移动，进而带动与下内圈固定连接的喷嘴的上下移动；下内圈向下移动时，下外圈固定不动，下内圈相对于下外圈滑动露出一定距离，通过控制此距离，从而调节离焦量。比如，调节螺母通过旋转向上移动，与此同时，上内圈通过外壁螺纹配合调节螺母旋转向下移动，从而带动调节装置中的整个内圈组件相对于固定不动的外圈组件发生向下的位移，进而带动下部的喷嘴的向下移动，所述空腔用于容纳下移的上内圈；实现在不拆卸套筒的条件下，直接调节离焦量，进而调节喷嘴出口光斑的大小以及光斑焦点相对于喷嘴的位置。

本技术方案创造性地运用固定调节装置替代了传统的拆卸式激光熔覆大离焦量调节装置，并在调节设置内设有密封压块、调节螺栓、密封圈。首先，本实用新型的调节装置在使用前已经固定连接与上部装置，正式使用后，只需转动调节螺母即可调节离焦量，进而完成后续熔覆工作，避免传统工艺中经常拆卸造成的上装配件变形、螺纹滑丝、污染保护镜片等问题，或者是拆卸后重新调整光粉同轴性(粉末焦点与激光同轴性)困难，易出现水路、气路接头断裂、漏水等问题。而且，调节螺母调节离焦量可以通过设置较大的螺纹长度距离来增加调节量，扩大可调节范围。其次，工作时，密封压块的设置可以避免从套筒上部飞落的金属粉末落入内圈和外圈之间的空隙，保持空隙的相对独立整洁；同样的，密封压块与上外圈之间设置有密封圈，该密封圈进一步地填充密封压块与上外圈形成的空隙，更进一步地提高了密封隔绝效果，防止金属粉末卡死装置和漏气的问题。下内圈和下外圈的接缝处也设有橡胶圈用于相对移动时进一步保持各空腔环境相对独立密闭，防止漏气。同样的，上外圈和下外圈以及上内圈和下内圈是通过螺丝固定连接的，接缝处会有空隙，设置橡胶圈可以填充空隙，保持激光束及保护气体的通道独立密闭，避免保护气泄漏，影响内部激光熔覆效果。

进一步地，所述外壳顶端内侧设有与保护镜片模块螺纹相配的内螺纹。通过螺纹连接将外壳固定在上部的保护镜片模块上，进而包含外壳在内的外部固定组件整体固定在保护镜片模块上。实际工作时，不必经常拆卸，直接调节调节螺母即可。

进一步地，所述下内圈底部设有用于固定连接喷嘴的第二螺栓组件。通过螺栓组件将调节装置和喷嘴连接固定，三个均匀设置的螺栓组件密封固定效果更好。

进一步地，所述下内圈外壁上设有刻度线。旋转调节螺母，下内圈向下位移，刻度线逐渐显露超出下外圈，通过观测刻度线，依据具体的激光熔覆装置调节范围需求，可以设置调节范围0-30mm，从而可以为工艺的测试提供更多的可选择性。

进一步地，所述上外圈外壁四周设有凸块，所述外壳底部通过螺钉固定连接有压块，所述压块配合所述凸块将所述上外圈固定在所述外壳上。所述上外圈凸块上设有与所述螺孔相适配的螺丝。通过所述螺丝调节所述凸块，使得所述凸块相对于外壳与压块形成的凹槽滑动，从而带动内圈的前后左右位置移动，进而带动内部移动组件整体前后左右位置移动，用以调节光粉同轴性。

进一步地，所述第一螺栓组件包括置于所述外壳上的螺孔和置于所述凸块上的且与螺孔配合的螺钉，所述第一螺栓组件均匀设在所述外壳外壁上用于调节内圈的水平位置。螺孔内设有适配的螺丝，通过调节螺丝来调节内圈的位置进而调节固定在内圈底端喷嘴的前后左右位置。一方面，该装置不需要拆卸，即可调节光粉同轴性，简化装置使用操作，提高使用效率，另一方面，避免经常拆卸造成上装配件变形、螺纹滑丝、污染保护镜片的问题，延长装置使用寿命，减少装置后续维修管理成本。

进一步地，所述下外圈底端设有通过螺钉固定连接的半挡块。所述半挡块为了防止内圈旋转下移过度脱落外圈，起拦截作用。

进一步地，所述下内圈外壁靠近所述第二螺栓组件处设有焊接水路块。焊接水路块通入循环冷却水，使得较热的喷嘴端部得到直接的冷却，提高冷却效率，防止由于喷嘴过热而造成的喷嘴堵粉和损坏，提高喷嘴的使用寿命。

进一步地，所述下内圈外壁靠近所述第二螺栓组件处设有保护气孔。保护气体通过保护气孔输出，对输出的粉末流起束流整形的作用，以提高粉末流的汇聚程度，同时保护激光熔池。

更进一步地，所述保护气孔和所述焊接水路块相对独立。焊接水路块是用于通入循环冷却水，防止由于喷嘴过热而造成的喷嘴堵粉和损坏，保护气体是用于通过保护气孔输出，对输出的粉末流起束流整形的作用，所以保护气和焊接水路块在熔覆装置使用过程中是保持相对独立的，所以独立设置。

综上所述，本实用新型相较于现有技术的有益效果是：

(1)激光熔覆大离焦量调节装置设计，实现了可以大范围调节喷嘴，调节正负离焦量，调节范围0-30mm，从而可以为工艺的测试提供更多的可选择性；

(2)本实用新型将外壳固定连接到镜片保护模块或者上部激光器，下内圈底部固定连接下部的喷嘴，工作中只需要旋转调节螺母即可对离焦量进行调节，此设计不需要拆卸，灵活方便，无卡死现象，调节操作时间短，设备的稳定性更高、减少了出现气、水接头的断裂、漏水问题，进而延长装置使用寿命，节约使用成本，提高使用效率；

(3)本实用新型中部分组件之间设置有密封圈，密封圈的密封性好，防止了保护气漏气现象，保证激光熔覆效果；密封圈种类多，易于拆卸，便宜易得，安装简单，适宜推广使用；

(4)本实用新型中调节螺母控制内圈上下移动，上内圈外壁内的螺丝控制内圈前后左右移动，该设计在不必拆卸的条件下，就可以调整光粉同轴性，简化操作步骤，方便使用，提高使用效率。

附图说明

图1是本实用新型中一种激光熔覆大离焦量调节装置的俯视示意图

图2是本实用新型中一种激光熔覆大离焦量调节装置的B-B视图

图3是本实用新型中一种激光熔覆大离焦量调节装置的A-A视图

图中标记为：1-外壳，2-上外圈，3-下外圈，4-压块，5-半挡块，6-第一螺栓组件，7-上内圈，8-密封压块，9-下内圈，10-调节螺母，11-橡胶圈，12-焊接水路块，13-保护气孔，14-外螺纹，15-刻度线，16-内螺纹，17-第二螺栓组件，18-凸块，。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合图1～3和具体的实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

实施例1

一种激光熔覆大离焦量调节装置，其特征在于：包括外壳1、置于所述外壳1内侧的外圈组件、置于所述外圈组件内侧的内圈组件，所述外壳1、外圈组件以及内圈组件为同轴圆筒结构；所述外壳1的外壁上设有第一螺栓组件6；所述外圈组件包括通过螺丝固定连接的上外圈2和下外圈3；所述内圈组件包括通过螺丝固定连接的上内圈7和下内圈9、置于所述上内圈7顶端并通过螺丝固定连接的密封压块8；所述上内圈7外壁上设有外螺纹14，所述上外圈2和所述下外圈3之间固定有与所述外螺纹14相配的调节螺母10；所述上外圈2和所述密封压块8、所述上外圈2和所述下外圈3、所述上内圈7和所述下内圈9、所述下内圈9和所述下外圈3的接缝处均设有橡胶圈11。

实施例2

基于实施例1，所述外壳1顶端内侧设有与保护镜片模块螺纹相配的内螺纹16。通过螺纹连接将外壳固定在上部的保护镜片模块上，进而将包含外壳在内的外部固定组件整体固定在保护镜片模块上，形成整个调节装置中保持相对静止的部分。

实施例3

基于实施例1，所述下内圈9底部设有用于固定连接喷嘴的第二螺栓组件17。通过螺栓组件将调节装置和喷嘴连接固定，三个均匀设置的螺栓组件密封固定效果更好。下内圈和喷嘴固定连接，使得调节内圈位置时相当于调整喷嘴位置，从而调整光粉同轴性。

实施例4

基于实施例1，所述下内圈9外壁上设有刻度线15。旋转调节螺母，下内圈向下位移，刻度线逐渐显露超出下外圈，通过观测刻度线，进而调节离焦量，刻度线使调节更准确。依据具体的激光熔覆装置调节范围需求，可以设置调节范围0-30mm，从而可以为工艺的测试提供更多的可选择性

实施例5

基于实施例1，所述上外圈2外壁四周设有凸块18，所述外壳1底部通过螺钉固定连接有压块4，所述压块4配合所述凸块18将所述上外圈2固定在所述外壳1上。所述上外圈凸块上设有与所述螺孔相适配的螺丝。通过所述螺丝调节所述凸块，使得所述凸块相对于外壳与压块形成的凹槽滑动，从而带动内圈的前后左右位置移动，进而带动内部移动组件整体前后左右位置移动，用以调节光粉同轴性。

实施例6

基于实施例1，所述第一螺栓组件6包括置于所述外壳1上的螺孔和置于所述凸块18上的且与螺孔配合的螺钉，所述第一螺栓组件6均匀设在所述外壳1外壁上用于调节内圈的水平位置。螺孔内设有适配的螺丝，通过调节螺丝来调节内圈的位置进而调节固定在内圈底端喷嘴的前后左右位置。一方面，该装置不需要拆卸，即可调节光粉同轴性，简化装置使用操作，提高使用效率，另一方面，避免经常拆卸造成上装配件变形、螺纹滑丝、污染保护镜片的问题，延长装置使用寿命，减少装置后续维修管理成本。

实施例7

基于实施例1，所述下外圈3底端设有通过螺钉固定连接的半挡块5。所述半挡块为了防止内圈旋转下移过度脱落外圈，起拦截作用。

实施例8

基于实施例3，在所述下内圈9外壁靠近所述第二螺栓组件17处设有焊接水路块12。焊接水路块通入循环冷却水，使得较热的喷嘴端部得到直接的冷却，提高冷却效率，防止由于喷嘴过热而造成的喷嘴堵粉和损坏，提高喷嘴的使用寿命。

实施例9

基于实施例8，在所述下内圈9外壁靠近所述第二螺栓组件17处设有保护气孔13。保护气体通过保护气孔输出，对输出的粉末流起束流整形的作用，以提高粉末流的汇聚程度，同时保护激光熔池。

实施例10

基于实施例9，所述保护气孔13和所述焊接水路块12相对独立。焊接水路块是用于通入循环冷却水，防止由于喷嘴过热而造成的喷嘴堵粉和损坏，保护气体是用于通过保护气孔输出，对输出的粉末流起束流整形的作用，所以保护气和焊接水路块在熔覆装置使用过程中是保持相对独立的，所以独立设置。

以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。