[发明专利]一种激光-电弧复合同轴熔丝装置

说明书

一种激光‑电弧复合同轴熔丝装置，包括激光光路单元和电弧单元，激光光路单元包括支撑框架，支撑框架的顶部设有入射孔、底部设有支撑部，支撑部的周围阵列设有多个扇形开口，相邻的扇形开口之间设有连接挡板；支撑框架的内壁上设有环形反射镜，支撑部上设有驱动电机，驱动电机的输出轴连接倾斜设置的平面反射镜；支撑框架的底部连接电弧单元的焊枪，焊枪的末端中设有环形喷嘴，环形喷嘴的内部设有环形导电嘴，环形喷嘴和环形导电嘴之间形成保护气体通道，丝材作为电极经由环形导电嘴内部送至预设汇聚点处。本发明中，入射激光不需经过变换，光束能量损耗小、可用激光功率高，且光学组件结构较为简单、制造成本低。

技术领域

本发明涉及激光熔丝和电弧加工技术领域，特别是涉及一种激光-电弧复合同轴熔丝装置。

背景技术

激光-电弧复合送丝加工头可应用于填丝焊接和增材制造等领域。其中，激光-电弧复合填丝焊接在工业中已获得广泛的应用。激光-电弧复合填丝焊接结合了激光填丝焊接和电弧填丝焊接两者的优势，具有能量利用率高、焊接熔深大、焊接速度块、焊接过程稳定、焊接变形小、易实现高反射率材料的焊接等优点。

激光-电弧复合送丝加工头根据丝材送给方式的不同分为侧向送丝型和同轴送丝型。对于侧向送丝型加工头来说，当用于填丝焊接或增材制造时，由于激光、电弧和丝材不是同轴的关系，扫描方向对焊接或成形的质量和稳定性影响较大，扫描具有方向性，这类型加工头仅适用于简单的往复扫描，对于复杂的扫描路径，例如增材制造过程中经常使用的分区和交叉扫描方法，则存在较大的问题；对于同轴送丝类型，丝材作为熔化极电弧焊的电极，激光、电弧和丝材具有同轴的关系，可进行任意方向扫描，加工柔性高，便于保证加工质量和加工稳定性。

公开号CN1246117C的发明专利公开了一种激光-电弧同轴复合焊炬，焊炬端面具有一个光路孔径，内置一套光束变换系统和反射聚焦系统，还包括一个电弧焊电极，经所述焊炬光路孔径入射的激光经所述光束变换系统分成双光束或变换为环形光束，再经反射聚焦系统将所述双光束或环形光束聚焦，所述的电弧焊电极处于所述双光束或环形光束中间，且与所述聚焦系统射出的激光束同轴；公开号CN107999963B的发明专利公开了一种激光-熔化极电弧同轴复合装置，包括激光分光系统和弧焊装置，所述的激光分光系统包括分光反射镜、反射镜组、组合镜和凸透镜，所述的弧焊装置包括弧焊枪体、焊丝和导电嘴，所述的组合镜包括聚焦镜部和平面反射镜部，入射激光束依次经分光反射镜、反射镜组后射向组合镜，所述的焊丝与入射激光束同轴设置，入射激光束经组合镜的聚焦镜部聚焦后与焊丝上产生的电弧共同作用于代加工工件上或入射激光束经组合镜的平面反射镜部、凸透镜后聚焦后与焊丝上产生的电弧共同作用于代加工工件上；公开号CN1246117C和公开号CN107999963B的发明专利公开的激光-电弧复合同轴熔丝装置中均采用光束变换系统将一束激光束变换为环形光束或者多个激光分束。上述公开的各专利文献中，光束变换系统中的光学组件其结构一般比较复杂、光束变换过程的能量损耗较大、且最大可用激光功率受到限制。

发明内容

本发明实施例提供了一种激光-电弧复合同轴熔丝装置，通过丝材与旋转环形光束同轴，在丝材、电弧、激光束三者交汇处丝材被激光-电弧复合热源熔化，使得可用激光功率高。

一种激光-电弧复合同轴熔丝装置，包括激光光路单元和电弧单元，所述激光光路单元包括支撑框架，所述支撑框架的顶部设有入射孔、底部设有与所述入射孔位置对应的支撑部，所述支撑部的周围阵列设有多个扇形开口，相邻的扇形开口之间设有连接挡板；

所述支撑框架的内壁上设有环形反射镜，所述支撑部上设有驱动电机，所述驱动电机的输出轴连接倾斜设置的平面反射镜，所述平面反射镜的反射面朝向所述入射孔和环形反射镜，所述驱动电机用于带动所述平面反射镜快速旋转，以使所述平面反射镜将入射光束进行旋转反射，并再通过所述环形反射镜进行反射形成交会于预设汇聚点处的旋转环形光束；