[发明专利]一种双焦点中心送丝激光加工头及其加工方法

说明书

一种双焦点中心送丝激光加工头及其加工方法，送丝系统包括送丝管（9）、送丝轮（10）和送丝嘴（11），其中，送丝管（9）嵌于加工头中心内壁，送丝嘴（11）位于送丝管（9）下方，送丝轮（10）设置在送丝管（9）与送丝嘴（11）之间，所述送丝管（9）与送丝嘴（11）同心设置且内部设有焊丝通道；实现双焦点中心送丝的激光加工方式。保证了激光加工头沿不同方位与姿态加工下的一致性，提高了激光加工质量，同时避免了加工复杂零件时的干涉问题。保护效果较好，避免了侧轴送气的调节与干涉问题。送丝轮（10）对焊丝的压力作用，提高了焊丝（8）直度，保证了加工成形质量。改变光束反射角度来完成光丝间距的调节。

技术领域

本发明为一种双焦点中心送丝激光加工头及其加工方法，可广泛应用于激光双焦点自熔焊接，激光填丝焊接，激光熔覆及激光3D打印行业，属于激光加工领域。

背景技术

激光加工领域中，激光焊接凭借光束质量高、热影响区金相变化范围小，焊接质量高，成形效率高等优势广泛应用于航空航天、交通、化工工业等各个领域。激光填丝焊接同其他焊接方法相比，焊接适应性较高，焊接质量更具优势，但其设备较为复杂，需在激光自熔焊设备的基础上添加送丝系统，且为保证焊丝刚好送至光轴与母材的交汇点处，需采用准直焊丝装置。焊丝的直线度较难保证，导致焊接的稳定性较差。普遍激光填丝加工头在实际焊接生产中采用侧向送丝，即激光加工头与焊枪依靠法兰装配，因此在焊接复杂工件时易受干涉影响，从而放弃采用激光填丝焊接方法。另外，保护气嘴同样采用侧向保护，焊接过程中，激光光斑需在保护气嘴的中心位置，且高度为5-10mm之间。因此调节保护气嘴的相对位置较为复杂，且保护效果不佳。

激光加工快速成型领域中，激光束能量使焊丝或粉末熔化并堆积于基材来形成三维实体。与传统工艺相比优点如下：1.快速性：加工周期较传统铸造工艺短，且敏感性低，成型时几乎不考虑外形问题，从而节省大量时间。2.适合成型复杂零件：成型件通过计算机分解为二维数据进行成型制作，无简单复杂之分，从而更适合于传统方法难以制造甚至无法制造的零件。3.高度柔性：一台设备上即可快速成型出具有一定精度并满足一定功能的零件。只需改变其软件模型就能实现对零件的修改。4.高度集成化：激光快速成型技术将软件数据转换为STL格式后，即可开始快速加工。

目前，激光同轴送粉或侧向送丝已成为国内外主流的快速成型方式。多路同轴送粉方式存在的问题如下：1.加工过程送粉管调节对中精度难以控制且较为费时。2.加工过程粉末利用率较低，且未熔化的粉末粘附于加工表面易产生加工不均匀和表面质量差等缺陷。侧向送丝方式优势在于材料利用率及成型效率较高，丝材成本较低，送丝精度更易掌控，但同样存在以下问题：1.成型过程中焊枪与激光加工头相对运动的方位与姿态易受干涉与限制，成型复杂结构件时难以实现路径规划。2.成形的表面质量粗糙且难于保证。3.送丝角度难以调节且重复性较差。4.气体保护不均匀，加工表面易于氧化。

发明内容

发明目的：

本发明提供一种双焦点中心送丝激光加工头及其加工方法，其目的是解决以往所存在的问题。

技术方案：

一种双焦点中心送丝激光加工头，该加工头包括送丝系统和光学系统；

送丝系统包括送丝管(9)、送丝轮(10)和送丝嘴(11)，其中，送丝管(9)嵌于加工头中心内壁，送丝嘴(11)位于送丝管(9)下方，送丝轮(10)设置在送丝管(9)与送丝嘴(11)之间，所述送丝管(9)与送丝嘴(11)同心设置且内部设有焊丝通道；

光学系统包括准直镜模块(3)、棱形分光镜模块(4)和反射聚焦镜模块(5)，其中准直镜模块(3)与棱形分光镜模块(4)位于一组，准直镜模块(3)与棱形分光镜模块(4)依次位于光经过的路径上，两个反射聚焦镜模块(5)位于焊丝(8)的两侧，且反射聚焦镜模块(5)位于能够接收到由棱形分光镜模块(4)分出的光的位置。

所述反射聚焦镜模块(5)以送丝系统为中心对称设置。