CN215238570U

CN215238570U - 复合激光熔覆头以及熔覆装置

Info

Publication number: CN215238570U
Application number: CN202121093960.9U
Authority: CN
Inventors: 张衍; 高辉; 吴泽锋
Original assignee: Wuhan Raycus Fiber Laser Technologies Co Ltd
Current assignee: Wuhan Raycus Fiber Laser Technologies Co Ltd
Priority date: 2021-05-20
Filing date: 2021-05-20
Publication date: 2021-12-21
Anticipated expiration: 2031-05-20

Abstract

本实用新型提供一种复合激光熔覆头以及熔覆装置，该复合激光熔覆头包括：同轴聚焦装置，设置于所述熔覆头内，用于将光纤激光和半导体激光同轴聚焦，以获得同轴聚焦激光；送粉装置，包括送粉口，所述送粉口的中轴线的延长线与所述同轴聚焦激光的光束相交，利用光纤激光和半导体激光形成的复合激光熔覆头，相对于任意一单激光熔覆头，熔覆效率更高、粉末熔化更加均匀、粉末的利用率更高、涂层裂纹和气孔更少且熔覆成型更加美观，具有重要的科学与工程意义。

Description

复合激光熔覆头以及熔覆装置

技术领域

本实用新型涉及激光焊接技术领域，尤其涉及一种复合激光熔覆头以及熔覆装置。

背景技术

激光熔覆技术是指通过送粉器快速送粉，经激光辐射，使粉末被熔化并凝固至基体表面上形成涂层的一种新兴的快速成型的技术。该技术可显著改善基层表面的耐磨、耐蚀、耐热等特性。

常见的激光熔覆设备主要包括单光束激光器和熔覆头，然而由于粉末融化形成涂层的过程中，涂层的凝固速度较快，因此现有的熔覆头会存在以下问题：粉末熔化不均匀、涂层的气孔率较多、晶粒粗大以及表面不平整，尤其在高速熔覆情况下，涂层经常会产生裂纹。

实用新型内容

为改善上述问题，本实用新型提供一种复合激光熔覆头以及熔覆装置，旨在改善现有的熔覆头熔覆效果不佳的问题。

本实用新型实施例提供一种复合激光熔覆头，包括：

同轴聚焦装置，设置于所述熔覆头内，用于将光纤激光和半导体激光同轴聚焦，以获得同轴聚焦激光；以及

送粉装置，包括送粉口，所述送粉口的中轴线的延长线与所述同轴聚焦激光的光束相交。

在一些实施例中，所述同轴聚焦装置包括：

准直器组，包括光纤激光准直器和半导体激光准直器，分别设置于所述光纤激光和半导体激光的出射方向，用于分别获得光纤激光平行光和半导体激光平行光；

反射器组，包括第一反射器和第二反射器，分别设置于光纤激光平行光和半导体激光平行光的出射方向，其中，所述光纤激光平行光可穿透所述第一反射器沿原出射方向射出，所述半导体激光平行光作为入射光经由所述第二反射器的反射面反射后到达所述第一反射器的反射面后反射出，经由所述第一反射器反射出的半导体激光平行光的光路与经由所述第一反射器射出的光纤激光平行光的光路同轴复合，形成同轴复合激光；以及

聚焦器，设置于所述同轴复合激光的出射方向，用于形成所述同轴聚焦激光。

在一些实施例中，所述光纤激光准直器和半导体激光准直器分别为光纤激光准直镜和半导体激光准直镜；所述第一反射镜器和第二反射器分别为第一反射镜和第二反射镜；所述聚焦器为聚焦镜。

在一些实施例中，所述第一反射镜为45°半反射镜，所述45°半反射镜的表面设置有增透膜，并具有对波长为1000纳米至1100纳米激光的透过性，以及对波长为800纳米至1000纳米激光的反射性；所述第二反射镜为45°全反射镜，所述45°全反射镜的表面设置有反射膜，并具有对波长为800纳米至1100纳米激光的全反射性。

在一些实施例中，所述送粉装置为旁轴送粉装置或同轴送粉装置，所述送粉口的中轴线沿所述送粉口的出口方向的延长线与所述同轴聚焦激光的光束相交。

在一些实施例中，所述送粉装置还包括：与所述送粉口连接的送粉通道，以及与所述送粉通道连接的位置调节装置，用于调节所述送粉装置与所述同轴聚焦激光的相对位置。

在一些实施例中，所述位置调节装置包括至少一上下方向滑块和/或至少一内外方向滑块，所述上下方向滑块用于调节所述送粉通道与所述同轴聚焦激光焦点的垂直方向的距离；所述内外方向滑块用于调节所述送粉通道与所述同轴聚焦激光光束的水平方向的距离。

本实用新型还提供一种复合激光熔覆装置，包括：以上任一项实施例所述的复合激光熔覆头，所述复合激光熔覆头与所述光纤激光器和半导体激光器连接；其中，所述光纤激光器用于向所述复合激光熔覆头提供光纤激光，所述半导体激光器用于向所述复合激光熔覆头提供半导体激光。

在一些实施例中，所述光纤激光器提供的光纤激光的波长为1000纳米至1100纳米，所述半导体激光器提供的半导体激光的波长为800纳米至1000纳米。

在一些实施例中，所述同轴聚焦激光中的半导体激光的光斑直径为5毫米至50毫米；所述同轴聚焦激光中的光纤激光的光斑直径为2毫米至5毫米。

有益效果

本实用新型提供一种复合激光熔覆头以及熔覆装置，该复合激光熔覆头利用了光纤激光与半导体激光相结合形成的同轴聚焦激光，因光纤激光的功率更高，可以提高熔覆效率，而半导体激光的光斑更大，可以熔化未被所述光纤激光熔化的粉末，此外所述半导体激光还可以起到一个预热缓冷的效果，由此，相对于任意一单激光熔覆头，本实用新型提供的复合激光熔覆头的熔覆效率更高、粉末熔化更加均匀、粉末的利用率更高、涂层裂纹和气孔更少且熔覆成型更加美观，具有重要的科学与工程意义。

附图说明

下面结合附图，通过对本实用新型的具体实施方式详细描述，将使本实用新型的技术方案及其它有益效果显而易见。

图1为本实用新型实施例提供的复合激光熔覆头的一个实施例结构示意图。

图2为本实用新型实施例提供的复合激光熔覆头的另一个实施例结构示意图。

图3为本实用新型实施例提供的熔覆装置的一个实施例结构示意图。

附图标记说明：

1-光纤激光输入口；2-半导体激光输入口；3-同轴聚焦装置；31-光纤激光准直镜；32-半导体激光准直镜；33-第一反射镜；34-第二反射镜；35-聚焦镜；4-送粉装置；41-送粉通道；42-送粉口；5-调节装置；51-上下方向滑块；52-内外方向滑块；6-同轴聚焦激光输出口；7-光纤激光器；8-半导体激光器。

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，本领域技术人员在没有作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。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本申请实施例提供一种复合激光熔覆头以及熔覆装置。以下分别进行详细说明。需说明的是，以下实施例的描述顺序不作为对实施例优选顺序的限定。

首先，如图1至图2所示，本实用新型实施例提供一种复合激光熔覆头，包括：同轴聚焦装置3和送粉装置4，其中所述同轴聚焦装置3设置于所述熔覆头内，用于将光纤激光和半导体激光同轴聚焦，以获得同轴聚焦激光；所述送粉装置4，包括送粉口42，所述送粉口42的中轴线的沿所述送粉口42的出口方向的延长线与所述同轴聚焦激光的光束具有一相交点。

在一实施例中，所述复合激光熔覆头还包括光纤激光输入口1、半导体激光输入口2以及同轴聚焦激光输出口6。

例如，如图1和图2所示，所述光纤激光输入口1和半导体激光输入口2设置于所述熔覆头上端，分别用于输入光纤激光与半导体激光；所述同轴聚焦装置3设置于所述熔覆头内，用于将所述光纤激光和半导体激光同轴聚焦，获得同轴聚焦激光；所述同轴聚焦激光输出口6，设置于所述熔覆头下端，用于输出所述同轴聚焦激光。

本实用新型实施例将光纤激光与半导体激光组成的同轴聚焦激光作为熔覆头的激光光源，其中，光纤激光是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器所发出的激光。半导体激光是指用半导体材料作为工作物质的激光器所发出的激光，本实用新型的构思在于：因光纤激光的功率更高，可以提高熔覆效率，而半导体激光的光斑更大，可以熔化未被所述光纤激光熔化的粉末，使得粉末熔化更加均匀、利用率更高。此外所述半导体激光还可以起到一个预热缓冷的效果，使得涂层裂纹和气孔更少且熔覆成型更加美观，由此，相对于任意一单激光熔覆头，应用本实用新型提供的复合激光熔覆头进行激光熔覆的效果更好。

在一些实施例中，所述同轴聚焦装置3具体包括：

如图1和图2所示，所述光纤激光准直器和半导体激光准直器分别为光纤激光准直镜31和半导体激光准直镜32；所述第一反射镜33器和第二反射器分别为第一反射镜33和第二反射镜34；所述聚焦器为聚焦镜35。

该实施例中的光纤激光和半导体激光的光路具体分别为：所述光纤激光输入口1和半导体激光输入口2各自输入的光纤激光与半导体激光，所述光纤激光与半导体激光分别经过所述光纤激光准直镜31和半导体激光准直镜32形成光纤激光平行光和半导体激光平行光，该光纤激光平行光和半导体激光平行光再经过所述第一反射镜33和第二反射镜34形成同轴复合激光，再经过所述聚焦镜35形成所述同轴聚焦激光。

在一些实施例中，所述第一反射镜33为45°半反射镜，所述45°半反射镜的表面设置有增透膜；所述第二反射镜34为45°全反射镜，所述45°全反射镜的表面设置有反射膜。所述45°半反射镜具有对波长为1000纳米至1100纳米激光的透过性，以及对波长为800纳米至1000纳米激光的反射性；所述45°全反射镜具有对波长为800纳米至1100纳米激光的全反射性。

本实用新型中的45°指的是光纤激光平行光和半导体激光平行光的入射光与对应的反射镜之间的夹角，需要说明的是，该夹角的大小仅为举例，在实际应用中，可根据实际的情况调整所述夹角，例如：在一实施例中，所述夹角的大小为30°至60°。

在一些实施例中，所述送粉装置4为旁轴送粉装置或同轴送粉装置。具体的，本实施例中，所述同轴送粉装置中的“同轴”是指送粉口为多个，并且围绕一个中心轴对称设置，该中心轴与所述同轴聚焦激光的光束重合，所述旁轴送粉中的“旁轴”是指送粉口仅为一个，或者送粉口为多个，并且围绕一个中心轴对称设置，该中心轴与所述同轴聚焦激光的光束不重合。

例如，如图1所示，展示了同轴送粉装置，该同轴送粉装置的送粉口至少有两个，且围绕所述同轴聚焦激光对称设置。

例如，如图2所示，展示了旁轴送粉装置，该旁轴送粉装置的送粉口为一个，且设置于所述同轴聚焦激光的一侧。

在一些实施例中，所述送粉装置4还包括：与所述送粉口42连接的送粉通道41，以及与所述送粉通道41连接的位置调节装置5，该位置调节装置5用于调节所述送粉通道41与所述同轴聚焦激光的相对位置。

在一些实施例中，所述位置调节装置5包括至少一上下方向滑块51和/或至少一内外方向滑块52，所述上下方向滑块51用于调节所述送粉通道41与所述同轴聚焦激光焦点的垂直方向的距离；所述内外方向滑块52用于调节所述送粉通道41与所述同轴聚焦激光光束的水平方向的距离。

本实用新型设置该上下方向滑块51的目的在于：对于熔覆头而言，送粉口42具有一粉末汇集点，而涂层的成型效果与该粉末汇集点和同轴聚焦激光的焦点的相对位置有关。本实用新型通过设置所述上下方向滑块51，使所述送粉通道41与所述同轴聚焦激光焦点的上下相对位置可调，从而进一步的来调节所述粉末汇集点与所述同轴聚焦激光焦点的相对位置，优选的，所述粉末汇集点与所述同轴聚焦激光焦点重合，若所述粉末汇集点过高或过低，均会影响到所述涂层的熔覆效果。

本实用新型设置该内外方向滑块52的目的在于：对于熔覆头而言，涂层的成型效果还与该粉末汇集点的直径和同轴聚焦激光的光斑的直径大小有关。本实用新型通过设置所述内外方向滑块52，使所述送粉通道41与所述同轴聚焦激光的水平方向的远近可调，从而进一步的来调节所述粉末汇集点的直径大小。优选的，所述粉末汇集点的直径大小与所述同轴聚焦激光的光斑直径大小相等或接近，在这样的半径条件下，可以充分发挥所述半导体激光大光斑的特性来预热和熔化未被光纤激光熔化的粉末，提高粉末利用率。若所述粉末汇集点的直径过大，则会有部分粉末不被熔覆，若所述粉末汇集点的直径过小，则半导体激光会发生干涉，影响熔覆效果。

需要说明的是，以上实施例中提到的内外方向滑块52和上下方向滑块51仅为举例，本实用新型中的位置调节装置5还可以通过其他的方式来实现，例如齿轮或导轨，具体此处不作限定。

基于同一构思，本实用新型还提供一种复合激光熔覆装置，如图3所示，包括：光纤激光器7、半导体激光器8以及以上任一项实施例所述的复合激光熔覆头；其中，所述光纤激光器7用于向所述复合激光熔覆头提供光纤激光，所述半导体激光器8用于向所述复合激光熔覆头提供半导体激光。

在一些实施例中，所述光纤激光器7为高功率连续激光器。

在一些实施例中，所述光纤激光器7输出的光纤激光的波长为1000纳米至1100纳米，可以理解的是，所述光纤激光的波长可以在1000纳米至1100纳米之间任意取值，例如：1000纳米、1010纳米、1020纳米、1030纳米、1040纳米、1050纳米、1060纳米、1070纳米、1080纳米、1090纳米、1100纳米或在1000纳米至1100纳米之间的其他未列出的数值。所述半导体激光器8为输出的光纤激光的波长为800纳米至1000纳米，可以理解的是，所述光纤激光的波长可以在800纳米至1000纳米之间任意取值，例如：800纳米、820纳米、840纳米、860纳米、880纳米、900纳米、920纳米、940纳米、960纳米、980纳米、1000纳米或在800纳米至1000纳米之间的其他未列出的数值。

在一些实施例中，所述同轴聚焦激光输出口6输出的光纤激光和半导体激光的光斑的形状为正方形、圆形或其他未列出的形状。其中，当所述同轴聚焦激光输出口6输出的光纤激光和半导体激光的光斑的形状为圆形时，所述半导体激光与所述光纤激光的光斑为一个同心圆，且所述半导体激光的光斑的直径大于所述光纤激光的光斑的直径。例如，在一个实施例中，所述半导体激光光斑直径为5毫米至50毫米，可以理解的是，所述半导体激光的光斑直径可以在5毫米至50毫米之间任意取值，例如：5毫米、10毫米、15毫米、20毫米、25毫米、30毫米、35毫米、40毫米、45毫米、50毫米或在5毫米至50毫米之间的其他未列出的数值。所述光纤激光的光斑直径为2毫米至5毫米，可以理解的是，所述光纤激光的光斑直径可以在2毫米至5毫米之间任意取值，例如：2毫米、2.5毫米、3毫米、3.5毫米、4毫米、4.5毫米、5毫米或在2毫米至5毫米之间的其他未列出的数值。

综上所述：本实用新型实施例提供一种复合激光熔覆头以及熔覆装置，该复合激光熔覆头利用了光纤激光与半导体激光相结合形成的同轴聚焦激光，因光纤激光的功率更高，可以提高熔覆效率，而半导体激光的光斑更大，可以熔化未被所述光纤激光熔化的粉末，此外所述半导体激光还可以起到一个预热缓冷的效果，由此，相对于任意一单激光熔覆头，本实用新型提供的复合激光熔覆头的熔覆效率更高、粉末熔化更加均匀、粉末的利用率更高、涂层裂纹和气孔更少且熔覆成型更加美观。

以上对本实用新型实施例所提供的一种复合激光熔覆头以及熔覆装置进行了详细介绍，本文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技术方案及其核心思想；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例的技术方案的范围。

Claims

1.一种复合激光熔覆头，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的复合激光熔覆头，其特征在于，所述同轴聚焦装置包括：

3.根据权利要求2所述的复合激光熔覆头，其特征在于，所述光纤激光准直器和半导体激光准直器分别为光纤激光准直镜和半导体激光准直镜；所述第一反射器和第二反射器分别为第一反射镜和第二反射镜；所述聚焦器为聚焦镜。

4.根据权利要求3所述的复合激光熔覆头，其特征在于，所述第一反射镜为45°半反射镜，所述45°半反射镜的表面设置有增透膜，并具有对波长为1000纳米至1100纳米激光的透过性，以及对波长为800纳米至1000纳米激光的反射性；所述第二反射镜为45°全反射镜，所述45°全反射镜的表面设置有反射膜，并具有对波长为800纳米至1100纳米激光的全反射性。

5.根据权利要求1所述的复合激光熔覆头，其特征在于，所述送粉装置为旁轴送粉装置或同轴送粉装置，所述送粉口的中轴线沿所述送粉口的出口方向的延长线与所述同轴聚焦激光的光束相交。

6.根据权利要求1所述的复合激光熔覆头，其特征在于，所述送粉装置还包括：与所述送粉口连接的送粉通道，以及与所述送粉通道连接的位置调节装置。

7.根据权利要求6所述的复合激光熔覆头，其特征在于，所述位置调节装置包括至少一上下方向滑块和/或至少一内外方向滑块，所述上下方向滑块用于调节所述送粉通道与所述同轴聚焦激光焦点的垂直方向的距离；所述内外方向滑块用于调节所述送粉通道与所述同轴聚焦激光光束的水平方向的距离。

8.一种复合激光熔覆装置，其特征在于，包括：权利要求1至7任一项所述的复合激光熔覆头，以及与所述复合激光熔覆头连接的光纤激光器和半导体激光器。

9.根据权利要求8所述的复合激光熔覆装置，其特征在于，所述光纤激光器提供的光纤激光的波长为1000纳米至1100纳米，所述半导体激光器提供的半导体激光的波长为800纳米至1000纳米。

10.根据权利要求8所述的复合激光熔覆装置，其特征在于，所述同轴聚焦激光中的半导体激光的光斑直径为5毫米至50毫米；所述同轴聚焦激光中的光纤激光的光斑直径为2毫米至5毫米。