[实用新型]用于超音速激光沉积激光均匀加热及成形轨迹调节的装置

说明书

用于超音速激光沉积激光均匀加热及成形轨迹调节的装置，包括：激光发射装置，包括激光器和固定装置，用于将激光器发出的发射激光束引至激光汇聚装置上；激光汇聚装置，设置在固定装置的激光通路下方，包括菱形分光器和环形反射镜，用于将入射激光束汇反射形成的反射激光束聚于位于菱形分光器下方的焦点处形成光斑；遮光装置，包括固定器和调节式遮光部，沿固定器周向调整遮光区的大小以控制照射至环形反射镜上的激光光束的光照强度；以及冷喷涂轨迹调节装置，设置于菱形分光器的下方，包括送粉装置和喷嘴位置调节装置，保持喷嘴喷出的粉斑与光斑完全或部分重合。本实用新型的有益效果如下：激光束强度可调，既可进行普通沉积，又可进行窄道沉积。

技术领域

本实用新型属于材料表面改性及增材制造领域，具体涉及一种用于超音速激光沉积激光均匀加热及成形轨迹调节的装置。

背景技术

冷喷涂全称冷气动力喷涂(Cold Gas Dynamic Spray，简称 CGDS)，是一种基于材料塑性变形实现沉积的表面改性和增材制造技术，其沉积过程主要是通过压缩空气、氮气或者氦气带动喷涂颗粒经过拉瓦尔喷嘴获得极高的速度(一般为1.5-4倍的音速)去撞击待加工基体或已沉积层的表面，撞击瞬间由于基体和喷涂颗粒极高的应力和应变，相互之间产生塑形变形从而实现有效结合而沉积。

冷喷涂技术的出现使得传统高热技术(如激光熔覆、等离子喷涂、 HVOF等)难以沉积的氧化敏感、温度敏感、非晶、纳米等材料的表面沉积或者增材制造成为可能。但是冷喷涂技术对沉积材料的塑性变形能力具有较高的要求，当沉积材料为一些高强度材料或者硬质合金时，往往会出现结合力差、致密度低甚至沉积不成功的情况。针对冷喷涂技术的不足，近些年国内外研究者提出了将冷喷涂与激光加热进行复合的超音速激光沉积技术，在冷喷涂的过程中同步引入激光辐射以达到对喷涂粉末与基体进行加热软化而不熔化的目的，从而为拓展冷喷涂技术沉积材料的范围、实现硬质合金的有效沉积提供了可能。在该技术中，激光光斑与喷涂粉斑的耦合对沉积层的形貌和性能均具有非常重要的影响。目前通用的耦合方式是采用类似于旁侧送粉激光熔覆的方式，即保持冷喷涂的拉瓦尔喷嘴垂直于工件表面，激光以一定的角度进行入射。在这种配合方式下，喷涂粉束各个位置的受热不均匀。在面光的一侧，粉末受热多，而在背光的一侧，粉末受热少。由于各个位置的受热程度不一样，会导致不同位置的粉末软化程度不一样，沉积效率也不一样，从而会影响成形形貌以及界面结合、致密度等性能。此外，在进行增材制造过程中，特别是制造一些异形件时，沉积尺寸要能实时调控和变化。因此，需要对喷涂粉束与激光光束的重合度进行实时匹配和调控，通过改变粉束和光束之间的重合率来改变成形轨迹，从而实现超音速激光沉积增材制造与再制造过程中成形形貌的实时调控。

发明内容

鉴于上诉的超音速激光沉积中喷涂粉束与激光光束旁侧匹配存在的受热不均匀以及成形轨迹实时调控难的问题，本实用新型提供一种激光均匀加热及成形轨迹实时调节装置。

本实用新型所述的用于超音速激光沉积激光均匀加热及成形轨迹调节的装置，其特征在于，包括：

激光发射装置，包括激光器和固定装置，固定装置的激光通路与发射激光束同轴，用于将激光器发出的发射激光束引至激光汇聚装置上；

激光汇聚装置，设置在固定装置的激光通路下方，包括菱形分光器和环形反射镜，菱形分光器的顶部入射端设置在固定装置的激光通路的激光出口处，用于将发射激光束分散成若干条入射激光束；所述环形反射镜通过固定装置套于菱形分光器的外部，用于将多道入射激光束汇反射形成的反射激光束聚于位于菱形分光器下方的焦点处形成光斑；

遮光装置，包括固定器和调节式遮光部，其中固定器通过固定装置套设于菱形分光器外部，用于固定调节式遮光部；所述调节式遮光部安装于固定器上，并沿固定器周向调整遮光区的大小以控制照射至环形反射镜上的激光光束的光照强度；

以及冷喷涂轨迹调节装置，设置于菱形分光器的下方，包括送粉装置和喷嘴位置调节装置，送粉装置的喷嘴安装于喷嘴位置调节装置的活动部，并保持喷嘴喷出的粉斑与光斑完全或部分重合。