[发明专利]一种可调占空比的激光熔覆装置

说明书

本申请公开了一种可调占空比的激光熔覆装置，包括镜座、抛物聚焦镜、固定锥镜、活动锥镜和粉嘴；固定锥镜和抛物聚焦镜均为环状结构，活动锥镜和固定锥镜二者的反射面均与抛物聚焦镜的反射聚焦面相对设置，以将自抛物聚焦镜的中轴方向的入射光束沿周向反射至反射聚焦面，并由反射聚焦面反射聚焦；镜座包括设于外周的第一环状固定部、设于内周的第二环状固定部以及连接第一环状固定部和第二环状固定部的筋板；抛物聚焦镜固定于第一环状固定部，固定锥镜固定于第二环状固定部，还包括穿设于第二环状固定部并带动活动锥镜沿所述抛物聚焦镜的中轴方向移动的运动调节件，活动锥镜固定于运动调节件的顶端，粉嘴固定于运动调节件的底端。

技术领域

本申请涉及激光增材制造领域，特别涉及一种可调占空比的激光熔覆装置。

背景技术

激光熔覆成形作为一种先进的表面涂层制备和增材制造技术，近些年来取得了飞速发展。

该技术利用高能激光束作为加工热源，在金属基材表面形成小熔池，并快速熔化同送进到熔池中的材料，通过热源的快速移动扫描实现熔体快速凝固，从而制备出与基材形成冶金结合的熔覆层或性能与锻造态构件相当的三维零件。

目前，激光熔覆成形技术按照激光与粉末的位置关系可以分为激光外送粉、旁轴送粉)与激光内送粉(同轴送粉)两种。光内同轴送粉采用环形激光束作为加热源，激光能量呈现M型分布，有利于熔池温度场的均匀分布；同时，采用单粉管光内送粉的方式，能够显著提高激光和粉末的同轴耦合效果，实现高精度和高质量成形。除了激光工艺参数(激光功率、扫描速度、送粉速度、离焦量等)会对金属材料的成形组织和性能有影响外，环形激光束的占空比因其对能量分布的决定性作用而对其有更为显著的影响；在不同的激光占空比下，形成的组织特征各异，力学和腐蚀性能变化显著。占空比为环形光斑内部无光束面积和整体光斑面积的比值。根据大量实验得知：占空比在0.5-1间得到能量分布过度集中等不利影响，造成成形过程稳定性差，成形件性能不足等缺陷，故本申请主要研究控制占空比在0-0.5的情况。当前改变激光占空比的常规方法有通过改变离焦量来取得不同的占空比数值，离焦量是指激光熔覆过程中实际熔覆成形平面与环形光束光学汇聚焦点所在平面的距离，但离焦量的变化造成激光能量密度变化和熔覆单道宽度(熔宽)变化，进而影响熔覆成形质量。

发明内容

本申请的目的是提供一种可调占空比的激光熔覆装置，能够在不改变离焦量的前提下调节激光占空比，提高熔覆成形的稳定性，改善熔覆成形质量。

为实现上述目的，本申请提供一种可调占空比的激光熔覆装置，包括镜座、抛物聚焦镜、固定锥镜、活动锥镜和粉嘴；所述固定锥镜和所述抛物聚焦镜均为环状结构，所述活动锥镜和所述固定锥镜二者的反射面均与所述抛物聚焦镜的反射聚焦面相对设置，以将自所述抛物聚焦镜的中轴方向的入射光束沿周向反射至所述反射聚焦面，并由所述反射聚焦面反射聚焦；

所述镜座包括设于外周的第一环状固定部、设于内周的第二环状固定部以及连接所述第一环状固定部和所述第二环状固定部的筋板；所述抛物聚焦镜固定于所述第一环状固定部，所述固定锥镜固定于所述第二环状固定部，还包括穿设于所述第二环状固定部并带动所述活动锥镜沿所述抛物聚焦镜的中轴方向移动的运动调节件，所述活动锥镜固定于所述运动调节件的顶端，所述粉嘴固定于所述运动调节件的底端。

可选地，所述第二环状固定部包括环状本体和环状凸肩，所述固定锥镜套设于所述环状凸肩的外周，所述环状凸肩用于在所述活动锥镜远离所述抛物聚焦镜运动预设距离时卡止限位所述活动锥镜。

可选地，所述运动调节件底端预设长度处设置限位部，所述限位部用于卡止于所述第二环状固定部的下端面。

可选地，所述活动锥镜的直径小于等于所述固定锥镜的内径。

可选地，所述运动调节件为升降螺栓，所述第一环状固定部和所述筋板开设贯通至所述第二环状固定部的通道，所述通道内设置调节螺栓，所述第二环状固定部设置传动连接所述调节螺栓和所述升降螺栓的多级锥齿轮。