[发明专利]一种中空光内自预热送粉的高效激光熔覆头

说明书

本发明提供了一种中空光内自预热送粉的高效激光熔覆头，包括：激光输入接口，设置在激光传输路径上的一转二分光反射镜，相对所述一转二分光反射镜对称设置的两个分光透射镜，相对所述一转二分光反射镜对称设置的两个反射镜；所述反射镜沿着激光传输的路线设置在分光透射镜的后方；还包括粉末喷嘴，其与一转二分光反射镜同轴设置，其出粉口设置在远离一转二分光反射镜的一侧；由激光输入接口输入的激光束经过一转二反射分光镜分成两束、两束激光中的一部分经过分光透射镜反射后汇聚于A点形成预热激光；另一部分经过分光透射镜透射后，经反射镜反射后汇聚于B点形成熔覆激光；所述A点和B点位于粉末喷嘴的喷射路径上，并且A点位于B点上方。

技术领域

本发明属于高效激光熔覆及激光增材制造技术领域，涉及一种中空光内自预热送粉的高效激光熔覆头。

背景技术

目前激光熔覆技术中，成形所采用送粉方式多采用多粉管均布光外侧向同轴送粉。光外侧向输送的粉末会呈抛物线，造成多粉束汇聚精度低，粉末流横截面上的粉末密度分布不均匀，激光束与粉末耦合效率不高，成形件表面相对粗糙，金属粉末利用率较低，一般只有20％-30％。

现有送粉方式大都未对金属粉末进行预热，熔覆成形过程中容易造成由温度差、相变引起的残余应力，形成熔覆层孔隙、裂纹等，严重的还将导致成形件变形和断裂。

综上所述，为解决金属粉末利用率相对较低，克服熔覆过程中温度差、相变引起的缺陷，提高光粉耦合效率，实现高效高质量熔覆成形，需要开发一种提升光粉耦合、利用激光预热和激光熔覆于一体的高效熔覆头。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种中空内自预热送粉的高效激光熔覆头，能够提高激光束与粉末耦合作用、提高金属粉末利用率并改善熔覆质量。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案：

一种中空光内自预热送粉的高效激光熔覆头，包括：激光输入接口，设置在激光传输路径上的一转二分光反射镜，相对所述一转二分光反射镜对称设置的两个分光透射镜，相对所述一转二分光反射镜对称设置的两个反射镜；所述反射镜沿着激光传输的路线设置在分光透射镜的后方；

还包括粉末喷嘴，其与一转二分光反射镜同轴设置，其出粉口设置在远离一转二分光反射镜的一侧；

由激光输入接口输入的激光束经过一转二反射分光镜分成两束、两束激光中的一部分经过分光透射镜反射后汇聚于A点形成预热激光；另一部分经过分光透射镜透射后，经反射镜反射后汇聚于B点形成熔覆激光；

所述A点和B点位于粉末喷嘴的喷射路径上，并且A点位于B点上方。

在一较佳实施例中：透射部分的激光束的能量大于反射部分的激光束的能量。

在一较佳实施例中：所述预热激光将经过A点的粉末束预热，使得粉末最多被加热至半熔融或熔融状态。

在一较佳实施例中：所述熔覆激光对已预热的粉末持续进行激光熔覆加工。

在一较佳实施例中：所述分光透射镜的前表面镀有分束膜，分束膜决定了入射激光分光比例；后表面镀有增透膜，以保证透射激光束稳定。

在一较佳实施例中：所述分光透射镜与入射光波长和偏振状态无关。

在一较佳实施例中：还包括内保护气流道和外保护气流道；保护气体经过内保护气流道进入熔覆头内部；保护气体还通过外保护气流道隔绝外部空气。

相较于现有技术，本发明的优点在于：

1、激光熔覆头内分别设有内外道的保护气通道，可以保证预热和熔覆工作环境稳定；

2、熔覆头预热激光能够提前对粉末流进行加热，提高光粉耦合作用，改善温度差、相变引起的缺陷。熔覆激光加工时候能够可以提升加工效率、粉末利用率及熔覆成形质量。