[发明专利]可预热回火的中心送粉式熔覆头

说明书

本发明公开了一种可预热回火的中心送粉式熔覆头，包括壳体、激光头、送粉管，喷嘴以及光学镜片组合。激光头设置于壳体上方，喷嘴设置于壳体下方，光学镜片组合和送粉管设置于壳体内部。本发明能够采单一入射激光束，经过光学镜片组的折射，最终可以形成双环形激光束，并汇聚于加工表面；送粉管从光路间隙进入壳体内部，并伸至加工区域附近，形成光内送粉，提高粉末的利用率。双环形激光束能够在加工表面形成熔覆层，能够对代加工区域进行预热处理，对已经加工的沉积层进行回火处理，从而降低传统激光加工快热快冷引起的较高残余应力，并且能够降低熔覆层裂纹敏感性及组织成分的不均匀性。

技术领域

本发明属于激光加工设备的配套装置，涉及一种激光熔覆头，尤其涉及一种具有一种可预热回火的中心送粉式熔覆头。

背景技术

激光熔覆是指使用高能量的激光束对基材表面进行熔化，形成熔池，同时向熔池内添加熔覆材料，待熔池冷却形成冶金结合的熔覆层。激光熔覆可以显著改善基材表面的耐磨性，耐腐蚀性，抗氧化性等特点，从而大大提高材料的机械性能和延长设备的使用寿命。

由于激光熔覆过程中在较小的光斑上集中了大量的能量，由于小光斑加工导致的极高的局部温度梯度和冷却速率，熔覆层上往往具有较大的残余应力。较大的残余应力易导致熔覆层具有较高的裂纹敏感性，组织不均匀性，进而影响设备的使用性能和寿命。此外，传统熔覆头大多以激光束为中心，粉末环形送给至熔池，这种粉包光的熔覆方式导致粉末利用率一般只有20%~40%，造成粉末的大量浪费。

中国专利201721582287.9公开了一种中心送粉可拓展多束激光熔覆头，该熔覆头主要包括主体架、送粉管以及至少两个激光输出头；主体架上开设有垂直贯穿过主体架顶部与底部的中心通孔；送粉管穿过中心通孔并固定于主体架上；激光输出头以送粉管为中心周向排布在主体架顶部；主体架内部设有夹角成锐角激光通道。该熔覆头通过使用多束激光，达到了提高粉末利用率的目的。然而，该装置无法缓解或降低熔覆层内部含有较大应力的问题。并且，使用多个激光输出头增加了使用该装置的成本。

中国专利201710239927.4公开了一种多角度可预热回火式激光熔覆头，该熔覆头包括分束机构、分束变焦机构、激光扫描跟踪机构和激光熔覆机构。该熔覆头在中心激光束周还均布有6个用于预热和回火的小激光束，通过小激光束对熔覆头前进方向进行预热，对已熔覆的沉积层进行回火。然而，该装置的结构复杂，制造和装配成本高。此外，周向分布的激光束无法使得在指定的前进方向上才能达到预热回火的目的，这大大限制了加工过程中熔覆头移动的自由程度。

发明内容

本发明能够采用中心送粉式熔覆，且能够同时对加工处的前方基材进行预热，对已沉积的熔覆层进行回火处理。从而大大提高了金属粉末的利用率，降低传统激光加工过程中微熔池导致的快速和冷却产生的参与应力，降低熔覆层对裂纹的敏感性和组织成分的不均匀性。

为了实现上述的目的，本发明将采取如下的技术方案：

一种可预热回火的中心送粉式激光熔覆头，包括壳体、喷嘴以及设置在壳体上的激光头；所述壳体内部设置有光学镜片组合和送粉管；

所述激光头，设置于壳体的上方，高能激光通过激光头进入壳体，入射光学镜片组合；

所述光学镜片组合，包括同轴设置的上准直透镜、锥透镜、下准直透镜、双环锥透镜、双准直透镜、分束透镜、合束透镜以及双焦距透镜；

所述的上准直透镜、下准直透镜、双准直透镜，均能够通过折射的方式，将各自的入射光线准直后射出；

所述的锥透镜，能够将准直输入的圆形入射光线折射形成单圆环形光线，经下准直透镜准直后，仅朝向双环锥透镜锥顶的内侧锥面或者外侧锥面射入或者同时朝向双环锥透镜的锥顶位置两侧的锥面射入；