[发明专利]一种高功率激光熔覆头

说明书

本发明公开了一种高功率激光熔覆头。该激光熔覆头的半导体激光叠阵的全部出射光先进行快慢轴准直，然后半导体激光叠阵上半部分准直光束被条纹镜透射后再被间隔一定距离反射镜反射，下半部分准直光束被条纹透射后，与上半部分的反射光合束，从而填充到半导体激光叠阵上各巴条之间不发光的死区，形成一个近似完整的光斑，接着通过聚焦镜和扩束镜按照一定比例压缩光束宽度，进入万花筒匀化镜中，最终形成均匀的光斑，从而使得在进行激光熔覆作业时粉末受热均匀，大大提高了激光熔覆的效果。

技术领域

本发明属于激光熔覆技术领域，具体涉及一种高功率激光熔覆头。

背景技术

激光熔覆技术是激光加工技术的一个重要的应用方面，是一种新型的材料加工与表面改性技术，涉及物理、化学、冶金、材料科学等领域。其研究历史可追溯到20世纪70年代。1974年国外申请人提出并申请了一份采用激光熔覆技术熔覆金属于金属基体的方法专利。进入80年代，激光熔覆技术已经发展成为表面工程、摩擦学、应用激光等领域的前沿性课题，可以在低成本钢板上制成高性能表面，代替大量的高级合金，以节约贵重、稀有的金属材料，提高材料的综合性能，降低能源消耗，适用于局部易磨损、剥蚀、氧化及腐蚀等零部件，受到了国内外的普遍重视；到90年代后，相关科学研究与应用开发得到快速发展。现已成功开展了在不锈钢、模具钢、可锻铸铁、灰口铸铁、铜合金、钛合金、铝合金及特殊合金表面钴基、镍基、铁基等自熔合金粉末及陶瓷相的激光熔覆。以不同的添料方式在被熔覆基体表面上放置被选择的涂层材料经过激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固形成稀释度极低，与基体成冶金结合的表面涂层。显著改善了基层表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性的工艺方法，从而达到表面改性或修复的目的。

激光熔覆技术是一种经济效益很高的新技术，它可以在廉价金属基材上制备出高性能的合金表面而不影响基体的性质，降低成本，节约贵重稀有金属材料,对环境无污染。因此，世界上各工业先进国家对激光熔覆技术的研究及应用都非常重视。

激光熔覆具有以下特点：

(1)冷却速度快(高达10⁶K/s)，属于快速凝固过程，容易得到细晶组织或产生平衡态所无法得到的新相，如非稳相、非晶态等；

(2)涂层稀释率低(一般小于5％)，与基体呈牢固的冶金结合或界面扩散结合，通过对激光工艺参数的调整，可以获得低稀释率的良好涂层，并且涂层成分和稀释度可控；

(3)热输入和畸变较小，尤其是采用高功率密度快速熔覆时，变形可降低到零件的装配公差内；

(4)粉末选择几乎没有任何限制，特别是在低熔点金属表面熔敷高熔点合金；

(5)熔覆层的厚度范围大，单道送粉一次涂覆厚度在0.2～2.0mm；

(6)能进行选区熔敷，材料消耗少，具有卓越的性能价格比；

(7)光束瞄准可以使难以接近的区域熔敷；

(8)工艺过程易于实现自动化。

目前激光熔覆的技术路线主要包括两种：(1)采用高功率半导体激光器叠阵作为光源；(2)采用光纤激光器或者光纤耦合半导体激光器作为光源。前者能够实现大光斑输出，具有更高的电光效率，目前在市场上得到了较为广泛的应用。但是半导体激光器叠阵的输出光斑均匀性较差，如图1所示，在熔覆过程中导致粉末受热不均匀，导致熔覆的工件表面一致性较差。因此，必须通过光学整形方法对半导体激光器叠阵光斑进行整形，得到均匀的光斑。

发明内容

为了解决现有技术中采用半导体激光器叠阵进行激光熔覆时出现的输出光斑均匀性较差导致熔覆过程粉末受热不均匀，导致熔覆的工件表面一致性较差的问题，本发明提供了一种高功率激光熔覆头。

本发明的基本原理是：