[发明专利]激光多光束熔覆装置

说明书

本发明涉及一种激光多光束熔覆装置，包括分光镜和反射聚焦组件，分光镜包括至少两个第一镜面部和至少两个第二镜面部，第一镜面部和第二镜面部沿分光镜的中轴线的圆周方向上间隔排布，第一镜面部接收部分入射光束并将该部分入射光束反射以形成第一反射光束，第二镜面部接收部分入射光束并将该部分入射光束反射以形成第二反射光束，第一反射光束、第二反射光束沿分光镜的中轴线的周向反射，第一反射光束的反射角度不同于第二反射光束的反射角度，反射聚焦组件包括反射聚焦镜和反射镜，反射聚焦镜将第一反射光束反射聚焦形成熔覆光束；反射镜将第二反射光束反射形成预热光束。

技术领域

本发明涉及一种激光多光束熔覆装置，属于激光增材制造领域。

背景技术

在先进激光加工成形制造技术中，有一个关键技术，即将激光和被熔材料同步传输至加工成形位置，并使金属材料连续、准确、均匀地投入到加工面上按预定轨迹作扫描运动的聚焦光斑内，实现光料精确耦合。材料在光束内进行光能与热能的转换，瞬间熔化并形成熔池，完成材料的快速熔化凝固的冶金过程。

在现有技术中，由于激光熔覆的骤冷骤热作用会使加工材料产生大的过热和过冷度，容易引起熔层的开裂。为了解决上述问题，引入预热冷缓技术，基体的预热和熔覆后缓冷可有效降低温度梯度，释放残余热应力。现预热技术较多采用电磁感应、电阻加热等外部热源的方法，对加工件基体进行整体加热，加热温度一般为200—600℃，整体加热有一定的效果，但在大件的修复或3D成形时，加工点的位置变化会造成离加热区的距离变化，从而带来预热温度的变化，另附加装置也显累赘。为了避免上述影响，方法之一是直接采用低密度激光束在熔池前方和后方进行局部随动预热和缓冷，此方法不需采用其他热源及装置。如，美国专利申请第US2009/0283501A1号提出了使用一台激光器输入高密度小圆形光束进行熔覆，另一台激光器输入同轴的低密度大圆形光束进行对被熔覆材料进行预热；中国专利申请第CN201380036006.8号提出了对丝材进行熔覆和预热，该中国专利申请公开了如下内容系统包括高强度能量源和送进器系统，所述高强度能量源被配置来加热至少一个工件以创建熔池，所述送进器系统包括被配置来将消耗品送进到熔池的焊丝送进器。系统还包括感应系统，所述感应系统接收消耗并且在一段消耗品进入熔池之前感应加热那部分消耗品。所述方法包括加热至少一个工件来创建熔池以及将消耗品送进到熔池。所述方法还包括在一段消耗品的进入熔池之前感应加热那部分消耗品。

上述采用主、辅多光束进行随动预热和缓冷的内容大都报道了光路及原理，有的采用仿真方法进行了效果验证，有的用预涂覆方法进行了熔覆。但现有技术中，采用熔覆和预热技术结合的相关专利中存在如下问题：美国专利申请第US2009/0283501A1所公开内容，采用独立的激光器对工件进行预热，会存在如下问题：1、喷头结构非常复杂，成本高；2、喷头体积会很大，无法进入狭小空间展开一些熔覆工作。

中国专利申请第CN201380036006.8号公开的内容，采用电感装置给被熔覆材料进行预热，和熔覆工作完全独立，会存在如下问题：1、喷头结构非常复杂，成本高；2、喷头体积会很大，无法进入狭小空间展开一些熔覆工作；3、丝材是在通道中进行电感加热，在离开通道进入熔池中的这段过程，丝材就失去加热源，丝材上的温度会发生变化，很容易导致丝材位置精度发生变化，很容易对熔覆层表面质量和精度产生影响，甚至导致无法开展熔覆工作；4、电感加热仅仅对丝材进行加热，没有对基体进行加热，仅仅是提高了熔覆效率，没有真正起到降低熔层热应力和减少热裂纹等缺陷的功能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光多光束熔覆装置，其可以实现同时熔覆和预热两种工艺，其中在预热时，其可以预热基材和被熔覆材料，从而不但可以提高熔覆效率，而且还可以满足不同材料和结构的工艺热处理需求，降低熔层热应力和减少热裂纹等缺陷生成几率等问题。