一种复合激光熔覆光路的制作方法

本发明涉及激光熔覆领域，具体涉及一种复合激光熔覆光路。

背景技术：

1、激光熔覆是指采用高能量密度的激光作为加热源，使金属粉末于待加工材料表面融化，形成一层高度耐磨的保护层。激光对于金属材料的熔覆质量一般会受到各种加工因素的影响，除了常规的激光功率，激光扫描速度及送料速度外，还有激光光束的聚焦形式。激光光束的聚焦形式决定了待加工材料表面光斑的聚焦大小、形态及功率密度等。因此，这涉及激光熔覆领域的一个关键技术：激光聚焦技术。

2、传统激光熔覆中利用聚焦透镜或聚焦反射镜将具有高斯形态的激光直接在待加工材料表面聚焦，形成一能量成高斯形态分布的实心光斑，该方法具有一定的便利性，但中心能量大，边缘能量小，在激光熔覆过程中易造成熔覆层中间过烧而边缘熔化不足。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种复合激光熔覆光路，以克服上述现有技术中的不足。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种复合激光熔覆光路，包括：圆锥反射镜、环形聚焦反射镜、分光镜、聚焦镜和反射组件，分光镜的垂直透射光出射端布置圆锥反射镜，分光镜的水平反射光出射端布置反射组件，圆锥反射镜外同轴布置环形聚焦反射镜，环形聚焦反射镜的反射面朝向圆锥反射镜的锥形面，环形聚焦反射镜的反射面相对于圆锥反射镜旋转对称，圆锥反射镜下方同轴布置聚焦镜，聚焦镜布置在反射组件的垂直反射光出射端。

3、在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

4、进一步，圆锥反射镜的斜面与底边夹角为45°。

5、进一步，环形聚焦反射镜的反射面径向剖面呈抛物线形式。

6、进一步，以环形聚焦反射镜焦点为坐标原点，在镜像剖面上建立直角坐标系o-xy；在直角坐标系下，环形聚焦反射镜反射面的径向剖面的抛物线方程为y2＝2px+p2，p＝390.5。

7、进一步，聚焦镜的焦距为180mm。

8、进一步，反射组件包括：第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜，第一反射镜布置在分光镜的水平反射光出射端，第二反射镜布置在第一反射镜的垂直反射光出射端，第三反射镜布置在第二反射镜的水平反射光出射端，聚焦镜对着第三反射镜的垂直反射光出射端。

9、进一步，第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜均为45°反射镜。

10、进一步，第一反射镜与圆锥反射镜位于同一水平面，第二反射镜与第一反射镜位于同一垂直面，第三反射镜与第二反射镜位于同一水平面，第三反射镜与圆锥反射镜、聚焦镜同轴。

11、进一步，还包括：激光器qbh头，激光器qbh头与圆锥反射镜同轴布置，激光器qbh头的出射端朝向圆锥反射镜。

12、进一步，该光路用以将入射光束转换以在待加工材料表面形成能量呈m型分布的复合光斑，复合光斑由中间呈高斯分布的实心光斑和外圈的环形光斑组成。

13、本发明的有益效果是：本发明采用合理的激光分束及聚焦方式形成能量呈m型分布且具有一定占空比的光斑，其特点为：整体光斑由中间呈高斯分布的实心光斑和外圈的环形光斑组成，且根据实际需求调整工作平面和/或聚焦镜的位置，可以获取具有不同占空比的光斑，从而在激光扫描过程中，既保证了粉末在中心光斑的作用下快速融化，又保证了在热传导和热对流作用下，熔池两侧的温度略高于中心，使得边缘有足够的能量熔化粉末颗粒，减少侧壁粉末的粘附。

技术特征：

1.一种复合激光熔覆光路，其特征在于，包括：圆锥反射镜(1)、环形聚焦反射镜(2)、分光镜(3)、聚焦镜(4)和反射组件，所述分光镜(3)的垂直透射光出射端布置圆锥反射镜(1)，所述分光镜(3)的水平反射光出射端布置反射组件，所述圆锥反射镜(1)外同轴布置环形聚焦反射镜(2)，所述环形聚焦反射镜(2)的反射面朝向所述圆锥反射镜(1)的锥形面，所述环形聚焦反射镜(2)的反射面相对于圆锥反射镜(1)旋转对称，所述圆锥反射镜(1)下方同轴布置聚焦镜(4)，所述聚焦镜(4)布置在反射组件的垂直反射光出射端。

2.根据权利要求1所述的一种复合激光熔覆光路，其特征在于，所述圆锥反射镜(1)的斜面与底边夹角为45°。

3.根据权利要求1所述的一种复合激光熔覆光路，其特征在于，所述环形聚焦反射镜(2)的反射面径向剖面呈抛物线形式。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种复合激光熔覆光路，其特征在于，以环形聚焦反射镜(2)焦点为坐标原点，在镜像剖面上建立直角坐标系o-xy；在所述直角坐标系下，所述环形聚焦反射镜(2)反射面的径向剖面的抛物线方程为y2＝2px+p2，p＝390.5。

5.根据权利要求1所述的一种复合激光熔覆光路，其特征在于，所述聚焦镜(4)的焦距为180mm。

6.根据权利要求1所述的一种复合激光熔覆光路，其特征在于，所述反射组件包括：第一反射镜(5)、第二反射镜(6)和第三反射镜(7)，所述第一反射镜(5)布置在所述分光镜(3)的水平反射光出射端，所述第二反射镜(6)布置在所述第一反射镜(5)的垂直反射光出射端，所述第三反射镜(7)布置在所述第二反射镜(6)的水平反射光出射端，所述聚焦镜(4)对着第三反射镜(7)的垂直反射光出射端。

7.根据权利要求6所述的一种复合激光熔覆光路，其特征在于，所述第一反射镜(5)、第二反射镜(6)和第三反射镜(7)均为45°反射镜。

8.根据权利要求6所述的一种复合激光熔覆光路，其特征在于，所述第一反射镜(5)与所述圆锥反射镜(1)位于同一水平面，所述第二反射镜(6)与所述第一反射镜(5)位于同一垂直面，所述第三反射镜(7)与所述第二反射镜(6)位于同一水平面，所述第三反射镜(7)与圆锥反射镜(1)、聚焦镜(4)同轴。

9.根据权利要求1所述的一种复合激光熔覆光路，其特征在于，还包括：激光器qbh头(8)，所述激光器qbh头(8)与所述圆锥反射镜(1)同轴布置，所述激光器qbh头(8)的出射端朝向所述圆锥反射镜(1)。

10.根据权利要求1所述的一种复合激光熔覆光路，其特征在于，该光路用以将入射光束转换以在待加工材料表面形成能量呈m型分布的复合光斑，所述复合光斑由中间呈高斯分布的实心光斑和外圈的环形光斑组成。

技术总结
本发明涉及复合激光熔覆光路，包括：圆锥反射镜、环形聚焦反射镜、分光镜、聚焦镜和反射组件，分光镜的垂直透射光出射端布置圆锥反射镜，分光镜的水平反射光出射端布置反射组件，圆锥反射镜外同轴布置环形聚焦反射镜，环形聚焦反射镜的反射面朝向圆锥反射镜的锥形面，环形聚焦反射镜的反射面相对于圆锥反射镜旋转对称，圆锥反射镜下方同轴布置聚焦镜，聚焦镜布置在反射组件的垂直反射光出射端。本发明的有益效果为：可以获取具有不同占空比的光斑，从而在激光扫描过程中，既保证了粉末在中心光斑的作用下快速融化，又保证了在热传导和热对流作用下，熔池两侧的温度略高于中心，使得边缘有足够的能量熔化粉末颗粒，减少侧壁粉末的粘附。

技术研发人员：李震,叶小威,王亦军
受保护的技术使用者：宝宇（武汉）激光技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13