CN105261926A - 一种激光头、包含该激光头的激光器及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光头、包含该激光头的激光器及使用方法，属于激光器设备技术领域，激光头包括过渡筒、导光部和出光口，所述导光部的一端设置有过渡筒，其另一端设置有出光口，所述过渡筒和导光部设置为垂直结构，并且所述两者相接处设置有反射镜组，所述出光口处设置有积分镜组，本发明有效扩大激光熔覆技术的应用范围，各部件的使用寿命长，同时，具有灵活度高、实用性强、安全系数高、提高中空构件内部熔覆可操作性的特点。

Description

一种激光头、包含该激光头的激光器及使用方法

技术领域

本发明属于激光器设备技术领域，具体地说涉及一种激光头、包含该激光头的激光器及使用方法。

背景技术

激光熔覆技术是一种新的表面改性技术，通过在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之与基材表面薄层一起熔凝的方法，在基层表面形成与其为冶金结合的添料熔覆层，能够显著改善基层表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性。

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。

目前，激光器主要应用在工件外表面的修复工艺，由于半导体激光器和光纤激光器体积小巧，可以应用到直径在1米以上的大口径中空构件内壁/内孔的熔覆工艺，现有的激光器尚不能应用在直径在1米以下的中空构件中，严重制约着激光熔覆技术的发展前景；另外，由于激光的高能量密度，导致其散发的热量大，影响激光头各部件的使用寿命。因此，亟待研发一种适用于各种规格类型的中空构件内部熔覆的激光头和激光器。

发明内容

针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种有效扩大激光熔覆技术的应用范围、各部件的使用寿命长、灵活度高、实用性强、安全系数高、提高中空构件内部熔覆可操作性的激光头、包含该激光头的激光器及使用方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种激光头，包括过渡筒、导光部和出光口，所述导光部的一端设置有过渡筒，其另一端设置有出光口，所述过渡筒和导光部设置为垂直结构，并且所述两者相接处设置有反射镜组，所述出光口处设置有积分镜组。

进一步，所述反射镜组包括镜座一和反射镜，所述反射镜设置在镜座一内，且所述反射镜与水平面的夹角为44-46°，所述反射镜的背面设置有反射镜盖。

进一步，所述镜座一、反射镜内部设置有调节孔一，所述反射镜盖、反射镜内部设置有调节孔二，所述调节孔一内部设置有内螺纹。

进一步，所述反射镜组还包括调节件，所述调节件表面设置有与内螺纹匹配的外螺纹，所述调节件包括调节件一、调节件二和调节件三，所述调节件一贯穿反射镜盖、反射镜的通孔二与镜座一的调节孔一连接，所述调节件二的上部位于反射镜盖的调节孔二内部，其下部贯穿反射镜的调节孔二与镜座一的调节孔一连接，所述调节件三的下部贯穿反射镜盖的调节孔二和反射镜的调节孔一。

进一步，所述积分镜组包括镜座二和积分镜，所述积分镜设置在镜座二内，且所述积分镜与反射镜平行相对设置，所述镜座二与过渡筒之间设置有固定部，所述积分镜组与导光部相接处设置有隔热部，所述隔热部设置为隔热垫或隔热柱。

进一步，所述导光部与反射镜组相接处设置有调节装置，所述调节装置包括相匹配的涡杆和涡轮，所述涡轮与导光部连接，所述涡轮上方设置有涡杆。

进一步，所述反射镜盖、镜座二处均设置有冷却部，所述冷却部包括进水口、出水口和冷却腔，所述进水口、出水口分别与冷却腔连接。

进一步，所述导光部包括至少一个导光筒，所述导光筒的端部设置有紧固件，所述过渡筒上设置为排烟口，所述排烟口处设置有吸烟装置。

另，本发明还提供一种激光器，包含以上所述的激光头。

另，本发明还提供一种激光头的使用方法，包括如下步骤：

(1)根据待熔覆中空构件的长度，增加所述导光筒的数量，相邻的导光筒之间通过紧固件连接，通过所述过渡筒将激光头与激光器进行连接，并将调光样块置于出光口处；

(2)由所述激光器的激光源发射红光和激光，通过所述调节件与调节孔一、调节孔二的配合作用，对所述反射镜与水平面的夹角进行调节，促使所述红光位于反射镜的中心；

(3)所述红光经反射镜的反射作用后，依次经过所述导光筒、积分镜，最后经出光口出射至所述调光样块上，完成调光操作；

(4)将所述红光关闭，并将激光头置于待熔覆中空构件内部；

(5)通过所述涡杆和涡轮的协同作用，调节所述激光的出光方向，对所述待熔覆中空构件的内孔/内壁进行熔覆。

本发明的有益效果是：

1、本发明将所述过渡筒和导光部设置为垂直结构，在所述反射镜组和积分镜组的协调配合作用下，将激光器发射的激光引导至中空构件内部，有效扩大了激光熔覆技术的应用范围。

2、本发明在反射镜盖和镜座二内部设置有冷却部，对所述反射镜和积分镜进行水冷散热，有效降低了激光散热对反射镜、积分镜造成的损坏，显著提高了反射镜、积分镜的使用寿命。

3、本发明在积分镜组和导光部相接处设置有隔热部，有效避免激光熔覆过程中产生的热量传递到导光部和反射镜组处，进一步延长了各部件的使用寿命。

4、本发明设置有调节装置和调节件，在所述两者的配合作用下，调节激光的出射角度，具有灵活度高、实用性强的特点。

5、本发明可以根据待熔覆中空构件的长度，增加导光筒的数量，同时，所述固定部有助于增加整个激光头的稳定性，安全系数高。

6、本发明通过涡杆和涡轮的协同作用，带动所述导光部和积分镜组实现360°旋转，提高中空构件内部熔覆的可操作性。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的整体结构剖面示意图；

图3是本发明的反射镜组结构示意图；

图4是本发明的反射镜盖结构示意图；

图5是本发明的反射镜盖A-A剖面示意图；

图6是本发明的反射镜盖B-B剖面示意图；

图7是本发明的调节装置结构示意图；

图8是本发明的调节装置剖面示意图；

图9是本发明的冷却部结构示意图；

图10是本发明的隔热柱结构示意图。

附图中：过渡筒1、导光部2、导光筒21、紧固件22、反射镜组3、反射镜31、镜座一32、反射镜盖33、积分镜组4、积分镜41、镜座二42、调节装置5、涡杆51、涡轮52、保护气装置6、送粉装置7、出光口8、固定部9、冷却部10、进水口101、出水口102、冷却腔103、吸烟装置11、调节件一12、调节件二13、调节件三14、调节孔一15、调节孔二16、排烟口17、隔热部18、隔热柱19。

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。

实施例一：

如图1所示，一种激光头，包括过渡筒1、导光部2和出光口8，所述导光部2的一端设置有过渡筒1，其另一端设置有出光口8，所述出光口8处设置有送粉装置7和保护气装置6，所述送粉装置7包括送粉头和固定部，所述送粉头内部设置有冷却部10，所述送粉头可以沿着固定部滑动，便于调整送粉角度，所述保护气装置6自上而下依次包括气帘部和挡光部，所述挡光部的内部设置有冷却部10，所述挡光部能够有效防止熔覆过程中产生的熔渣溅入激光头内，避免对各部件造成损坏。

所述过渡筒1和导光部2设置为垂直结构，并且所述两者相接处设置有反射镜组3，所述出光口8处设置有积分镜组4，在所述反射镜组3和积分镜组4的协调配合作用下，将激光器发射的激光引导至中空构件内部，有效扩大了激光熔覆技术的应用范围。

如图1、图2所示，所述导光部2包括至少一个导光筒21，所述导光筒21的端部设置有紧固件22，所述紧固件22将相邻的导光筒21连接在一起，可以根据待熔覆中空构件的长度，增加导光筒21的数量，实现长度为3-4m的中空构件的内部熔覆工艺，所述镜座二42与过渡筒1之间设置有固定部9，所述固定部9有助于增加整个激光头的稳定性，安全系数高，所述过渡筒1上设置为排烟口17，所述排烟口17处设置有吸烟装置11，所述导光筒21采用黑色阳极氧化处理，能够有效防止激光反光引起导光筒21过热现象。

所述积分镜组4包括镜座二42和积分镜41，所述积分镜41设置在镜座二42内，且所述积分镜41与反射镜31平行相对设置，所述积分镜41设置为铜镜。

如图1、图3和图9所示，所述反射镜盖33、镜座二42处均设置有冷却部10，对所述反射镜31和积分镜41进行水冷散热，有效降低了激光散热对反射镜31、积分镜41造成的损坏，显著提高了反射镜31、积分镜41的使用寿命.

所述冷却部10包括进水口101、出水口102和冷却腔103，所述进水口101、出水口102分别与冷却腔103连接，所述进水口101通过软管连接冷水源，所述冷水在冷却腔103内循环后，经所述出水口102排出，并带走部分热量，所述软管表面设置有隔热层，所述隔热层设置为铝箔纸或锡箔纸。

实施例二：

如图2、图3所示，所述反射镜组3包括镜座一32和反射镜31，所述反射镜31设置在镜座一32内，且反射镜31与水平面的夹角为44-46°，所述反射镜31的背面设置有反射镜盖33，所述反射镜31的反光面上设置有钼膜，有效防止激光散热，所述镜座一32设置为。

如图3-6所示，所述镜座一32、反射镜31内部设置有调节孔一15，所述反射镜盖33、反射镜31内部设置有调节孔二16，所述调节孔一15内部设置有内螺纹，所述反射镜组3还包括调节件，所述调节件表面设置有与内螺纹匹配的外螺纹，所述调节件包括调节件一12、调节件二13和调节件三14，所述调节件一12、调节件二13和调节件三14均至少设置为三个，方便调节所述反射镜31的角度。

所述调节件一12贯穿反射镜盖33、反射镜31的通孔二16与镜座一32的调节孔一15连接，所述调节件一12将反射镜盖33、反射镜31与镜座一32连接在一起，松动所述所述调节件一12，增大所述反射镜盖33、反射镜31与镜座一32的间隙，所述调节件二13的上部位于反射镜盖33的调节孔二16内部，其下部贯穿反射镜31的调节孔二16与镜座一32的调节孔一15连接，松动所述调节件二13，增大所述反射镜31与镜座一32的间隙，所述调节件三14的下部贯穿反射镜盖33的调节孔二16和反射镜31的调节孔一15，拧紧所述调节件三14，带动所述反射镜31向反射镜盖33处移动。

所述反射镜31的角度调节过程如下：

(1)松动所述调节件一12，促使所述反射镜盖33、反射镜31、镜座一32三者之间存在调节空间；

(2)拧紧所述调节件二13，所述反射镜31部分向镜座一32方向靠拢，促使所述反射镜31与水平面的夹角改变；

(3)步骤(2)中，所述调节件二13的拧紧力度过大时，拧紧所述调节件三14，带动所述反射镜31向反射镜盖33处移动，缓冲所述调节件二13的拧紧力度；

(4)重复步骤(2)-(3)，直至所述激光光斑位于反射镜31的中心，提高激光的能量密度。

如图2所示，所述积分镜41与反射镜31平行相对设置，促使所述激光经反射镜31反射后，入射至积分镜41，经所述积分镜41改变光斑形状后，最终经所述出光口8出射进行熔覆工艺。在实际应用中，可以根据最终的光斑形状，对所述积分镜41进行选择。

实施例三：

如图1、图7、图8所示，所述导光部2与反射镜组3相接处设置有调节装置5，所述调节装置5包括相匹配的涡杆51和涡轮52，所述涡轮52与导光部2连接，所述涡轮52上方设置有涡杆51，通过拧动所述涡杆51带动所述涡轮52转动，进而带动所述导光部2和积分镜组4实现360°旋转，调节激光的出射角度，提高中空构件内部熔覆的可操作性，灵活度高，实用性强。

如图2所示，所述积分镜组4与导光部2相接处设置有隔热部18，有效避免激光熔覆过程中产生的热量传递到导光部2和反射镜组3处，进一步延长了各部件的使用寿命，所述隔热部18设置为隔热垫，所述隔热垫设置为玻璃丝棉或聚四氟乙烯。

如图10所示，所述隔热部18也可以设置为隔热柱19，所述隔热柱19将积分镜组4与导光部2连接在一起，并促使所述积分镜组4与导光部2之间存在间隙，有效避免热量传递。

实施例四：

如图1-10所示，一种激光器包含所述的激光头，所述激光头与激光器通过过渡筒1进行连接，所述激光器设置为二氧化碳激光器、半导体激光器或光纤激光器中的任意一种。

使用所述激光头对中空构件进行内部熔覆时，包括以下步骤：

(1)根据待熔覆中空构件的长度，增加所述导光筒21的数量，相邻的导光筒21之间通过紧固件22连接，通过所述过渡筒1将激光头与激光器进行连接，并将调光样块置于出光口8处；

(2)由所述激光器的激光源发射红光和激光，通过所述调节件与调节孔一15、调节孔二16的配合作用，对所述反射镜31与水平面的夹角进行调节，促使所述红光位于反射镜31的中心；

(3)所述红光经反射镜31的反射作用后，依次经过所述导光筒21、积分镜41，最后经出光口8出射至所述调光样块上，完成调光操作；

(4)将所述红光关闭，并将激光头置于待熔覆中空构件内部；

(5)通过所述涡杆51和涡轮52的协同作用，调节所述激光的出光方向，对所述待熔覆中空构件的内孔/内壁进行熔覆。

以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。

Claims (10)

1.一种激光头，其特征在于：包括过渡筒、导光部和出光口，所述导光部的一端设置有过渡筒，其另一端设置有出光口，所述过渡筒和导光部设置为垂直结构，并且所述两者相接处设置有反射镜组，所述出光口处设置有积分镜组。

2.根据权利要求1所述的一种激光头，其特征在于：所述反射镜组包括镜座一和反射镜，所述反射镜设置在镜座一内，且所述反射镜与水平面的夹角为44-46°，所述反射镜的背面设置有反射镜盖。

3.根据权利要求2所述的一种激光头，其特征在于：所述镜座一、反射镜内部设置有调节孔一，所述反射镜盖、反射镜内部设置有调节孔二，所述调节孔一内部设置有内螺纹。

4.根据权利要求3所述的一种激光头，其特征在于：所述反射镜组还包括调节件，所述调节件表面设置有与内螺纹匹配的外螺纹，所述调节件包括调节件一、调节件二和调节件三，所述调节件一贯穿反射镜盖、反射镜的通孔二与镜座一的调节孔一连接，所述调节件二的上部位于反射镜盖的调节孔二内部，其下部贯穿反射镜的调节孔二与镜座一的调节孔一连接，所述调节件三的下部贯穿反射镜盖的调节孔二和反射镜的调节孔一。

5.根据权利要求4所述的一种激光头，其特征在于：所述积分镜组包括镜座二和积分镜，所述积分镜设置在镜座二内，且所述积分镜与反射镜平行相对设置，所述镜座二与过渡筒之间设置有固定部，所述积分镜组与导光部相接处设置有隔热部，所述隔热部设置为隔热垫或隔热柱。

6.根据权利要求5所述的一种激光头，其特征在于：所述导光部与反射镜组相接处设置有调节装置，所述调节装置包括相匹配的涡杆和涡轮，所述涡轮与导光部连接，所述涡轮上方设置有涡杆。

7.根据权利要求6所述的一种激光头，其特征在于：所述反射镜盖、镜座二处均设置有冷却部，所述冷却部包括进水口、出水口和冷却腔，所述进水口、出水口分别与冷却腔连接。

8.根据权利要求7所述的一种激光头，其特征在于：所述导光部包括至少一个导光筒，所述导光筒的端部设置有紧固件，所述过渡筒上设置为排烟口，所述排烟口处设置有吸烟装置。

9.一种激光器，其特征在于：包含权利要求1-8任意一项所述的激光头。

10.一种采用如权利要求1-8任意一项所述的激光头的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)根据待熔覆中空构件的长度，增加所述导光筒的数量，相邻的导光筒之间通过紧固件连接，通过所述过渡筒将激光头与激光器进行连接，并将调光样块置于出光口处；

(2)由所述激光器的激光源发射红光和激光，通过所述调节件与调节孔一、调节孔二的配合作用，对所述反射镜与水平面的夹角进行调节，促使所述红光位于反射镜的中心；

(3)所述红光经反射镜的反射作用后，依次经过所述导光筒、积分镜，最后经出光口出射至所述调光样块上，完成调光操作；

(4)将所述红光关闭，并将激光头置于待熔覆中空构件内部；

(5)通过所述涡杆和涡轮的协同作用，调节所述激光的出光方向，对所述待熔覆中空构件的内孔/内壁进行熔覆。