[发明专利]用于激光加工的光学传导填料

说明书

一种填充进给焊丝(20)，其包括沿着焊丝的长度延伸的填充材料(22)和激光传导元件(26)。激光能(30)可以被引导到激光传导元件的近端(32)中以用于熔化进给焊丝的远端(34)而形成熔池(24)，以用于增材制造或修复。激光传导元件可以用作焊剂材料。以该方式，激光能被准确地递送至进给焊丝的远端，消除了对激光束的运动与进给焊丝的运动进行单独协调的需要。

技术领域

本发明涉及用于增材制造和修复的装置和方法，具体地涉及在这样的方法中用于熔化填充进给焊丝(filler feed wire)的激光能的递送。

背景技术

在激光焊接和熔覆期间对激光能的递送与填充材料的进给进行协调是具有挑战性的。可以预置粉末状的填料，但这需要大量劳力并且受限于能够通过重力保持的布置，并且这些粉末状的填料在加工期间容易分散。填充进给焊丝可以被给送至任何位置，但是其运动必须与激光束的运动协调。

附图说明

参照附图在以下描述中对本发明进行说明，所述附图示出：

图1为具有中央激光光纤的填充进给焊丝的侧截面图。

图2为图1的填充进给焊丝的沿着线2-2截取的横截面图。

图3为具有外部激光光纤的填充进给焊丝的侧截面图。

图4为图1的填充进给焊丝的沿着线4-4截取的横截面图。

图5为示出了制造方法的如同图1中的填充进给焊丝的实施方案的横截面图。

图6为示出了制造方法的另一填充进给焊丝的实施方案的横截面图。

图7为具有激光射入的填充进给焊丝线轴的侧截面图。

图8示出了使激光束成形为管状圆筒形束的折射透镜的概念性表面几何形状。

图9示出了使激光束成形为管状圆筒形激光束的折射透镜的替代性表面几何形状。

图10为并排的实施方案的横截面图。

图11为被含有填料和焊剂成分的浓缩粉末的粘合剂围套(jacketed)的光学传导件的截面图。

具体实施方式

本发明人已经意识到在埋弧焊(SAW)、气体保护金属极电弧焊(GMAW)和药芯焊丝电弧焊(FCAW)中，填充焊丝具有提供填料金属和传导电能以实现弧焊处理的双重作用，并且由此使得能量总是被准确地递送至填充焊丝的端部。本发明人在本文中描述了提供相同优点的用在激光加工中的填充进给焊丝。

图1为具有填充材料如金属的外套22的填充进给焊丝20的侧截面图，所述填充进给焊丝20待被添加到熔池24以用于焊接、熔覆或增材制造。进给焊丝在焊丝的芯27中具有激光传导元件如光纤26。激光发射器28在进给焊丝的近端32处将激光束30射入到激光传导元件中。在芯中可以设置有焊剂29和/或填料成分附加物，如粉末形式的焊剂29和/或填料成分附加物。

例如，填料外套22可以由难以被拉拔或挤出成焊丝的所需的超级合金如NiCoCrAlY的可挤出的子元素(extrudable subset)制造。然而，镍焊丝可以制成具有中空的芯27，所述中空的芯27含有Co、Cr、Al和Y的粉末，其在熔池24中与镍合并。这些粉末可以由合金形式和/或作为单质或化合物形式的颗粒形成。

激光传导元件26自身可以用作焊剂。例如，二氧化硅(SiO₂)形成光纤，该光纤对1.06微米激光具有高透射率，并且该光纤还用作用于超级合金材料的激光加工的焊剂。焊剂在熔池24上方形成渣36的保护层。该体系的优点在于：使激光能准确地递送至进给焊丝20的远端34，消除了对激光束的运动与进给焊丝的运动进行单独协调的需求。激光功率可以控制成与进给焊丝的速度成比例。