一种多光束中心送粉激光熔覆系统的制作方法

[0001]
本实用新型涉及一种激光熔覆装置，具体涉及一种多光束中心送粉激光熔覆系统。


背景技术：

[0002]
激光熔覆系统广泛应用于金属表面改性工艺中，通过使特定金属粉在激光照射下与基体表面发生熔融，在金属表面形成耐腐、耐磨、耐疲劳的冶金涂层，从而改善并提高基体表面特性。
[0003]
目前激光熔覆设备已广泛应用于煤矿、冶金、船舶、机械、石油、纺织等多行业的核心部件的加工和修复，一些大型部件经过激光熔覆再修复处理后可延长使用寿命，尤其对于一些被磨损的价格昂贵的部件，通过激光修复可实现其二次使用，为企业节约设备成本。
[0004]
市场现有激光熔覆系统普遍采用数千瓦的单激光光束搭配环形送粉熔覆头实现激光与金属粉在基体上方或者基体表面发生作用。该类结构的激光熔覆系统在实际使用时存在以下三方面的问题：(1)单光束功率较大(一般大于5000w)时，激光头承受传输激光功率较大，长时间出光，受激光热损耗影响，激光头内部镜片温度过高易出现镜片炸裂，严重情况下会造成激光回烧导致整个光模块芯片损毁；(2)送粉方式采用环形送粉模式，外围粉末不能充分接触激光，无法加热熔化，粉末利用率低；(3)环形送粉方式需要高压气动送粉，多束金属粉在高压气体作用下汇聚发生碰撞溅射，粉末利用率低，溅射粉末容易污染熔覆头，影响熔覆头使用稳定性。


技术实现要素：

[0005]
本实用新型为解决采用环形送粉模式的激光熔覆系统，存在粉末利用率低，熔覆头使用稳定性差，尤其在单激光光束功率较大时易损毁系统的技术问题，提供一种多光束中心送粉激光熔覆系统。
[0006]
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
[0007]
一种多光束中心送粉激光熔覆系统，其特殊之处在于，包括电模块、光模块、光束定位器、送粉通道和至少两个激光头；
[0008]
所述光束定位器上设有多个激光通道，所述激光通道的数量与激光头的数量相一致，激光通道的两端均与外部连通；各激光通道均呈直线设置；
[0009]
多个激光通道以所述送粉通道出口段为轴线，沿周向均匀排布；所有激光通道的轴线有且仅有一个交点，所述交点位于光束定位器的激光出射侧外部；
[0010]
所述激光头的出光口分别连接于各激光通道的入口处；
[0011]
所述电模块为光模块供电；
[0012]
所述光模块将电模块提供的电能转换为光能，输送至激光头。
[0013]
进一步地，所述送粉通道设置于光束定位器上，送粉通道的出口段位于光束定位器下端的中心处。
[0014]
进一步地，所述送粉通道沿光束定位器中心轴线设置。
[0015]
或者，所述送粉通道的入口端位于光束定位器的侧面，只要保证中心送粉即可。
[0016]
作为激光头和光束定位器的一种优选连接方式，所述激光头的出光口处设置有定位法兰；所述光束定位器的激光通道入口处设有多个定位孔；所述定位法兰通过弹簧螺丝固定于光束定位器上的定位孔处。
[0017]
进一步地，还包括依次设置的激光准直透镜组和激光聚焦透镜组；
[0018]
所述激光准直透镜组和激光聚焦透镜组安装于激光头内。
[0019]
或者，所述激光准直透镜组和激光聚焦透镜组安装于激光通道内。
[0020]
再或者，所述激光准直透镜组设置在激光头内，所述激光聚焦透镜组设置在激光通道内。
[0021]
进一步地，所述光束定位器内还设有至少一个水冷通道，所述水冷通道、激光通道和送粉通道相错设置。
[0022]
进一步地，所述光模块通过光纤向激光头输送光能。
[0023]
进一步地，所述电模块由至少两个电模块单元组成；所述光模块由至少两个光模块单元组成；
[0024]
所述电模块单元与所述光模块单元一一对应相连；
[0025]
所述光模块单元与激光头一一对应相连。
[0026]
或者，所述电模块由至少两个电模块单元组成，所述光模块为一个，每个电模块单元分别与光模块相连；
[0027]
或者，所述光模块由至少两个光模块单元组成，所述电模块为一个，每个光模块单元分别与电模块相连；各光模块单元与激光头一一对应相连。
[0028]
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
[0029]
1.本实用新型的多光束中心送粉激光熔覆系统，采用多个激光头进行光束空间耦合输出，匹配相应的光束定位器，在保证输出高功率激光的同时，解决了现有单激光头输出大功率激光，镜片容易受热损毁，以及激光头稳定性差的问题。
[0030]
激光通道环绕送粉通道出口段设置，即采用中心送粉进行金属粉与激光的耦合作用，与传统的周边送粉相比，中心位置的金属粉能够充分吸收激光能量熔化，粉末利用率更高。另外，在重力和较低气压的共同作用下，粉末可匀速输出至基体表面，避免采用传统周边送粉熔覆系统时，粉末在高压气体作用下发生碰撞溅射，避免了定位器受迸溅粉末的污染，影响设备的正常使用。
[0031]
2.本实用新型中送粉通道可以设置在光束定位器上，集成度更高，使用更加便捷。
[0032]
光束定位器的送粉通道可以整个沿光束定位器中心轴线设置；也可以入口开设在光束定位器侧面，仅出口段位于光束定位器中心轴线上。提供了多样化的设计选择，可根据加工实际情况和使用需求进行合理选择。
[0033]
3.本实用新型中激光头与光束定位器通过弹簧螺丝连接，通过调整各定位孔处对应的弹簧螺丝，可对定位法兰的倾斜度进行微调，进而控制多束激光与金属粉末在定位器外部的相交位置。
[0034]
4.本实用新型的激光头或激光通道中还安装设置有激光准直透镜组和激光聚焦透镜组，用于对出射激光做进一步准直和聚焦，保证激光的作用效果。
[0035]
5.本实用新型的光束定位器内还设置有水冷通道，由于激光头和光束定位器受杂光辐射导致温度升高发热，水冷通道中的冷介质能够有效降温，延长使用寿命。
[0036]
6.本实用新型中的光模块和电模块都可以是多个相应的光模块单元或电模块单元，也可以是集成为一个大功率的光模块和/或电模块，可根据情况选择使用。
附图说明
[0037]
图1为本实用新型实施例一的结构示意图；
[0038]
图2为本实用新型实施例二的结构示意图；
[0039]
图3为本实用新型实施例一中送粉通道的结构示意图；
[0040]
图4为本实用新型实施例四中送粉通道的结构示意图；
[0041]
图5为本实用新型实施例一中光束定位器的结构示意图；
[0042]
图6为本实用新型实施例二中光束定位器的结构示意图；
[0043]
图7为本实用新型实施例一至五中光束定位器上端面的结构示意图；
[0044]
图8为本实用新型实施例六的结构示意图；
[0045]
图9为本实用新型实施例六中光束定位器和送粉通道的结构示意图。
[0046]
其中，1-电模块、101-电模块单元、2-光模块、201-光模块单元、3-激光头、4-光束定位器、401-送粉通道、402-激光通道、403-定位孔、5-激光准直透镜组、6-激光聚焦透镜组、7-送粉管。
具体实施方式
[0047]
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，所描述的实施例并非对本实用新型的限制。
[0048]
实施例一
[0049]
如图1、图3、图5和图7，一种多光束中心送粉激光熔覆系统，包括电模块1、光模块2、光束定位器4和三个激光头3。
[0050]
光束定位器4上设有一个送粉通道401和三个激光通道402，送粉通道401和激光通道402的两端均与外部连通。
[0051]
其中，送粉通道401沿光束定位器4中心轴线设置，贯穿光束定位器4的上下表面；三个激光通道402沿周向均匀排布于送粉通道401外围，各激光通道402均呈倾斜的直线设置，由光束定位器4的上表面延伸至下表面。激光通道402的轴线与送粉通道401出口段的轴线有且仅有一个交点，交点位于光束定位器4的激光出射侧外部，确保激光通道402与送粉通道401没有交叠。
[0052]
三个激光头3的出光口分别连接于各激光通道402的入口处。每个激光头3的出光口处均设置有定位法兰，光束定位器4的每个激光通道402入口处设有四个定位孔403，定位法兰通过弹簧螺丝固定于光束定位器4上的定位孔403处。通过弹簧螺丝，可对激光头3上定位法兰的倾斜度进行微调节，控制多束激光与金属粉末在粉末定位器4外部相交于一点，且相交位置可微调。
[0053]
电模块1由三个电模块单元101组成，光模块2由三个光模块单元201组成。电模块单元101与各光模块单元201一一对应相连，光模块单元201与激光头3一一对应相连。电模
块1对光模块2进行供电和控制，光模块2将电模块1提供的电能转换为光能，通过光纤输送至激光头3，激光头3能够对光束进行整形。电模块1的供电方式，以及光模块2的转换方式均可采用常规方法实现，均为现有技术。
[0054]
实施例二
[0055]
如图2、图3、图6和图7，一种多光束中心送粉激光熔覆系统，包括电模块1、光模块2、光束定位器4和三个激光头3。
[0056]
光束定位器4上设有一个送粉通道401和三个激光通道402，送粉通道401和激光通道402的两端均与外部连通。
[0057]
其中，送粉通道401沿光束定位器4中心轴线设置，贯穿光束定位器4的上下表面；三个激光通道402沿周向均匀排布于送粉通道401外围，各激光通道402均呈倾斜的直线设置，由光束定位器4的上表面延伸至下表面。激光通道402的轴线与送粉通道401出口段的轴线有且仅有一个交点，交点位于光束定位器4的激光出射侧外部，确保激光通道402与送粉通道401没有交叠。
[0058]
激光通道402内还依次安装有激光准直透镜组5和激光聚焦透镜组6，激光进入激光通道402后，依次经过激光准直透镜组5和激光聚焦透镜组6，激光准直透镜组5和激光聚焦透镜组6外侧均设有螺纹，同时激光通道402内也设有螺纹，激光通道402与两个透镜组可实现紧密配合。
[0059]
三个激光头3的出光口分别连接于各激光通道402的入口处。每个激光头3的出光口处均设置有定位法兰，光束定位器4的每个激光通道402入口处设有四个定位孔403，定位法兰通过弹簧螺丝固定于光束定位器4上的定位孔403处。通过弹簧螺丝，可对激光头3上定位法兰的倾斜度进行微调节，控制多束激光与金属粉末在粉末定位器4外部相交于一点，且相交位置可微调。
[0060]
电模块1由三个电模块单元101组成，光模块2由三个光模块单元201组成。电模块1对光模块2进行供电和控制，光模块2将电模块1提供的电能转换为光能，通过光纤输送至激光头3，激光头3能够对光束进行整形。电模块1的供电方式，以及光模块2的转换方式均可采用常规方法实现，均为现有技术。
[0061]
实施例三
[0062]
激光通道402内不设置激光准直透镜组5和激光聚焦透镜组6，将激光准直透镜组5和激光聚焦透镜组6设置于激光头3内。其他结构与实施例二相同。
[0063]
另外，还可以将激光准直透镜组5安装在激光头3内，将激光聚焦透镜组6安装在激光通道402内，激光聚焦透镜组6的固定方式依然可以采用螺纹固定的方法。激光准直透镜组5和/或激光聚焦透镜组6若固定于激光头3内，可根据激光头3的具体结构选择适当的固定方式。
[0064]
实施例四
[0065]
如图4，送粉通道401的入口设置在光束定位器4的侧面，送粉通道401分为两段，第一段从光束定位器4的侧面延伸至光束定位器4的中心轴线处，第二段继续延伸至光束定位器4下表面，第二段沿光束定位器4中心轴线设置。其他结构与实施例一相同。
[0066]
实施例五
[0067]
如图4，送粉通道401的入口设置在光束定位器4的侧面，送粉通道401分为两段，第
一段从光束定位器4的侧面延伸至光束定位器4的中心轴线处，第二段继续延伸至光束定位器4下表面，第二段沿光束定位器4中心轴线设置。其他结构与实施例二相同。
[0068]
实施例六
[0069]
如图8和图9所示，与上述实施例一至实施例五不同的是，光模块2由三个光模块单元201组成，电模块1为一个，电模块1同时与三个光模块单元201相连，为三个光模块单元201供电，并控制其光模块单元201工作。
[0070]
送粉通道401不是设置在光束定位器4上，而是与光束定位器4相分离的单独设置方式，送粉通道401的入口段为倾斜设置，延伸至所有激光通道402轴线围城的圆锥的轴线处，多个激光通道402以所述送粉通道401出口段为轴线，沿周向均匀排布。多个激光通道402内均依次设置有激光准直透镜组5和激光聚焦透镜组6。其他结构可采用实施例一至实施例五中的方案。
[0071]
无论是实施例一至实施例五中，送粉通道401设置在光束定位器4上的结构形式，还是如实施例六中送粉通道401在光束定位器4之外单独设置的结构形式，送粉通道401只要保证最终为中心送粉即可，送粉通道401的前半段可根据实际需要进行设计。
[0072]
在本实用新型的其他实施例中，还可以在光束定位器4内设置水冷通道，水冷通道、激光通道402和送粉通道401相错设置，互不交叠。水冷通道一般采用u型水通道制冷，也可使用其他水路结构，起到散热降温作用。可以有多个相互连通的通道实现制冷换热。另外，具体的换热介质并不受限，可采用任何现有的换热介质。可使激光头3和光束定位器4受杂光辐射导致温度升高发热产生的热量被及时导离。
[0073]
再者，实际中也可以将多个电模块单元101整合为一个大功率电模块1，采用1个大功率电模块1供电控制多个光模块201，或者将多个光模块单元201组装为1个大功率光模块2，由多个电模块单元101或者1个大功率电模块1供电控制，输出端仍采用多个激光头3输出。
[0074]
激光头可直接采用前述的方法固定于光束定位器4表面，也可以将部分激光头3插入至光束定位器4的激光通道402中固定。只要是多束激光耦合以及中心送粉熔覆即可。
[0075]
另外，还需说明，在某些特殊情况下，激光通道402的开设数量若大于激光头3的数量，在使用时，选择激光通道402，只需安装激光头3的激光通道402满足以所述送粉通道401出口段为轴线，沿周向均匀排布即可，由光束定位器4射出的激光和送粉通道401送出的粉末在光束定位器4的激光出射侧外部相交于一处。
[0076]
对该系统的工作原理进行说明，选用光模块2在电模块1的供电控制下输出激光，激光经光纤传输至激光头3，激光头3对激光进行光束准直和聚焦。激光头3固定于光束定位器4内，光束定位器4中心位置设有送粉通道401，送粉通道401与外部送粉管7连通，激光头3通过弹簧螺丝固定在光束定位器4上，通过微调，实现激光和金属粉末在光束定位器4外部相交于一点。
[0077]
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非对本实用新型保护范围的限制，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本实用新型的专利保护范围内。

起点商标作为专业知识产权交易平台，可以帮助大家解决很多问题，如果大家想要了解更多知产交易信息请点击 【在线咨询】或添加微信 【19522093243】与客服一对一沟通，为大家解决相关问题。

此文章来源于网络,如有侵权,请联系删除