[实用新型]激光熔覆送料装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种激光熔覆送料装置，属于激光加工领域。

背景技术

在先进激光加工成形制造技术中，有一个关键技术，即将激光和被熔材料同步传输至加工成形位置，并使金属材料连续、准确、均匀地投入到加工面上按预定轨迹作扫描运动的聚焦光斑内，实现光料精确耦合。材料在光束内进行光能与热能的转换，瞬间熔化并形成熔池，完成材料的快速熔化凝固的冶金过程。国内外现行的送料方法可以分为光外送丝和光内送丝。

光外送丝的结构如图1所示，其采用单侧送丝，在现有激光送丝熔覆或焊接方法中，由激光器发射的激光束11被聚焦镜110聚焦成锥形光束12，但，由于送丝管和喷丝嘴13只能相对锥形光束12倾斜一角度安装，由喷丝嘴送出的丝材14只能被倾斜送入激光束，所以一般需要在加工前需调整丝材使其在光斑位置与光束相交(参考文献：王至尧主编.中国材料工程大典第25卷.北京：化学工业出版社，2006；2、左铁钏主编.21世纪的先进制造—激光技术与工程.北京，科学出版社，2007，5；3、Waheed UI Haq Syed,Lin Li.Effects of wire feeding direction and location in multiple layer diode laser direct metal deposition.Applied Surface Science,24March 2005)。通过上述可以看出，单侧送丝带来的最大缺陷就是丝材是倾斜进入熔池，所受光束照射、熔池热传导和辐射的热作用不对称、不均匀，特别当熔覆中不可避免地出现方向性变化，即加工中激光束相对加工面作不同方向的扫描运动时，光束和丝材相对扫描运动方向就有不同的方位和姿态，丝材的熔融和熔池的热作用和力作用过程效果将发生变化，从而使凝固后的熔道尺寸、形貌、表面粗糙度等均会发生较大变化，甚至造成熔融过程的时断时续。单侧送丝中对于普通单方向扫描的单层或多层熔覆堆焊不存在方向性影响，因其送进方位角度不会改变，而对复杂型面堆焊特别是三维直接快速成型等工艺而言，由于扫描轨迹和方向在不断变化，其影响就很突出，熔覆的连续性或熔道质量都很难保证。此外，熔覆时丝材送入点必须在工件表面与光束焦点位置与之相交重合，其交点又因限制在熔池表面上下一很小的区域内，但如果加工中此交点相对加工表面(或熔池)上下有位置波动和变化(难免，特别在多层堆积中)，丝材的热作用又将发生变化，可能使丝材的熔化过程断续进行，丝材前段弯曲，光和丝断续对准和错位，这样使熔覆过程的连续性和熔道质量对焦点与加工面之间相对位置的微小变化都非常敏感。此外，激光熔覆过程常需要在熔池周围输送惰性保护气体，以吹压熔覆产生的热焰、熔渣等，从而保护筒体内腔镜片不受污染，同时熔池不被氧化。在现有技术侧向送丝装置中，由于结构限制，保护气体也只能侧向吹送，其对熔池的吹压力不均匀，气流紊乱，保护效果差。

光内送丝方法如中国专利第CN101386111A号公开的激光光内送丝熔覆方法采用光内送丝装置，该激光光内送丝熔覆方法采用光内送丝装置的筒体上方有入光口，下方有出光口，入光口与出光口同轴。筒体中心均匀设计三根筋条与筒体内壁相连，筋条上固定了一个圆锥镜，圆锥镜的锥形镜面朝向入光口并与之同轴线。圆锥镜将入射激光束切割、反射变换为环形光束。筒体内壁上还与圆锥镜同轴安装了一个环形反射聚焦镜，其镜面朝向所述圆锥镜。圆锥镜反射的环形光束入射到环形反射聚焦镜上，再由环形反射聚焦镜反射聚焦成环锥形聚焦光束，环锥形聚焦光束中形成一锥形中空无光区和焦点，焦点在出光口之外。单根送丝管从筒体外部插入，穿过圆锥镜与环形反射聚焦镜之间的空隙，到达圆锥镜背面后转为与环锥形光束同轴线，使得送丝管端部的喷丝嘴置于所述环锥形光束的锥形中空无光区内，并与环锥形光束同轴线。喷丝嘴出口位置靠近环锥形光束的焦点。丝材从送丝管中送入，通过送丝管下端的喷丝嘴输出，在接近焦点处被所述环锥形光束下部包围照射，然后在光照与基材表面的熔池热传导、热辐射等的共同作用下被加热并连续熔化而垂直进入熔池，待熔覆的基材表面调整到所述焦点附近，熔入熔池的丝材与部分熔化的基材表层材料共同形成熔池，熔池中的熔体随光束与基材的相对移动而连续凝固形成熔道。筋条上方的迎光面涂镀有吸光材料，筋条内部设置了冷却水道。通过设置成筋条结构可有效减少迎光面积，减少光照损失。所述送丝管处于筒体内的迎光面涂镀有吸光材料，内部设置了冷却水道。

此光内送丝装置虽然具有如下效果：