[实用新型]圆筒内壁激光熔覆头

说明书

本实用新型提供一种圆筒内壁激光熔覆头，包括用于接收激光束射入的光纤激光光缆以及沿着激光束传输方向依次设置的准直透镜模块、传输模块、聚焦透镜模块、窗口保护镜模块、转接模块以及反射镜模块。所述反射镜模块的下部还设置有一横向气帘模块，所述横向气帘模块的一侧设置有导风筒；所述横向气帘模块一侧还配置有旁轴送粉模块，经过该旁轴送粉模块使粉末形成粉末束，该粉末束与经反射镜模块反射的激光束共同汇聚于圆筒形零件的内壁的一点，对零件内壁表面进行激光熔覆加工。本实用新型能够实现小直径、长筒类结构件的内壁激光熔覆，适合于石油、冶金行业的管道类零件的内壁表面熔覆工艺加工强化。

技术领域

本实用新型涉及增材制造装备技术领域，尤其是激光熔覆头，具体而言涉及一种圆筒内壁激光熔覆头。

背景技术

激光熔覆是一种新型的表面强化技术，它通过在基材表面添加熔覆粉末，并利用高能密度的激光束使之与基材表面一起熔凝的方法，在基材表面形成与其为冶金结合的熔覆层。

与堆焊、喷涂、电镀和气相沉积相比，激光熔覆成型工艺具有热输入小、稀释率小、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，广泛的应用于石油、冶金、电力等工业领域。目前，激光熔覆主要应用在轴类转动件、冶金轧辊、叶片等表面修复，例如熔覆成型耐腐蚀、耐冲击、耐磨涂层等，当前的商用激光熔覆加工头也是基于上述应用而设计的。而管道类结构件在强腐蚀性流体的作用下，管道的使用寿命大大缩短，需要对对管道类结构件的内表面进行涂层处理，而现有的商用激光熔覆加工头无法实现小直径圆通内壁的激光熔覆。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种圆筒内壁激光熔覆头，能够实现小直径、长筒类结构件的内壁激光熔覆，特别适合于石油、冶金行业的管道类零件的内壁加工强化。

为实现上述目的，本实用新型提出一种圆筒内壁激光熔覆头，包括用于接收激光束射入的光纤激光光缆，以及沿着激光束传输方向依次设置的准直透镜模块、传输模块、聚焦透镜模块、窗口保护镜模块、转接模块以及反射镜模块，其中：

准直透镜模块的外部固定到一连接法兰上，通过连接法兰将激光熔覆头安装到机器人上，通过机器人的旋转改变激光熔覆头角度；

所述入射的激光束依次经过准直透镜模块、传输模块、聚焦透镜模块、窗口保护镜模块、转接模块和反射镜模块，由反射镜模块改变光路将激光束反转90度反射到圆筒形零件的内壁；

所述反射镜模块的下部还设置有一横向气帘模块，所述横向气帘模块的一侧设置有导风筒，导风筒与所述传输模块横向固定连接并通过其狭窄缝隙出口喷出高压压缩空气，形成一道高速、高压的横向气帘，通过导风筒将横向气帘所喷出的压缩空气导出；

所述横向气帘模块一侧还配置有旁轴送粉模块，经过该旁轴送粉模块使粉末形成粉末束，该粉末束与经反射镜模块反射的激光束共同汇聚于圆筒形零件的内壁的一点，对零件内壁表面进行激光熔覆加工。

进一步地，由激光器发射的带有一定发散角的激光束经过准直透镜模块变为平行光，平行光通过传输模块传输到聚焦透镜模块，传输模块的长度L决定熔覆头能够熔覆的管道类零件的最深距离；聚焦透镜模块将平行光束重新汇聚，经过窗口保护镜模块到达转接模块，其中转接模块的长度 D决定光路偏折后焦点的位置，从而决定熔覆头所能够进行熔覆的最小内壁直径，最后经过反射镜模块改变光路，反射到零件内壁表面进行熔覆加工。

进一步地，所述反射镜模块采用铜反射镜片。

进一步地，所述准直透镜模块包括弯月透镜和双凸透镜，激光器发射的激光束依次经过弯月透镜和双凸透镜使激光束为平行光。

进一步地，所述聚焦透镜模块包括平凸透镜。

进一步地，所述光纤激光光缆的一端插接到激光器上，另一端通过螺纹连接到一光纤水冷模块上，光纤水冷模块设置在光纤激光光缆与准直透镜模块之间。