[发明专利]一种同轴多束激光合成轴心送粉超高速激光熔覆头及其熔覆方法

权利要求书

1.一种同轴多束激光合成轴心送粉超高速激光熔覆头，其特征在于，所述的激光熔覆头包括由内而外依次同轴设置的激光腔室、保护气腔室和水冷腔室；所述的激光腔室与保护气腔室之间设有激光室外套，所述的保护气腔室和水冷腔室之间设有保护气外套，所述的水冷腔室外设有水冷套；

所述的激光腔室内设有混粉腔室和飞行光路系统；所述的混粉腔室内设有伞形隔粉器和送粉喷嘴，所述的伞形隔粉器通过根部固定于激光熔覆头后盖中心处，激光熔覆头后盖上还设有送粉针；所述的送粉针沿伞形隔粉器环向设置；所述的送粉喷嘴设于混粉腔室下端、其另一端与激光熔覆头的头部固定连接，混匀之后的粉从混粉腔室进入送粉喷嘴，最后到达基体；所述的送粉喷嘴位于激光熔覆头的头部中心处；所述的飞行光路系统沿混粉腔室环向设置，所述激光腔室的出光口在送粉喷嘴外围，呈环形；所述的飞行光路系统包括传输光纤、激光准直器、45度平面反射镜和离轴抛物面镜，所述的离轴抛物面镜通过抛物面镜固定装置固定于微型滑轨上，所述的微型滑轨固定于激光熔覆头后盖上；

所述的保护气腔室的进气口、水冷腔室的进水口和出水口均设于激光熔覆头后盖上；所述的保护气腔室的出气口在出光口外围，呈环形。

2.根据权利要求1所述的一种同轴多束激光合成轴心送粉超高速激光熔覆头，其特征在于，所述的激光熔覆头后盖中心处设有送粉针固定板，所述的伞形隔粉器和送粉针通过送粉针固定板与激光熔覆头后盖固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种同轴多束激光合成轴心送粉超高速激光熔覆头，其特征在于，所述的混粉腔室自上而下分为第一混粉腔室和第二混粉腔室，第一混粉腔室位于伞形隔粉器上方，第二混粉腔室位于伞形隔粉器下方；所述的伞形隔粉器边缘与混粉腔室内壁之间形成一个环形通道，所述的第二混粉腔室的截面为菱形。

4.根据权利要求3所述的一种同轴多束激光合成轴心送粉超高速激光熔覆头，其特征在于，所述伞形隔粉器中心高，边缘低，便于粉通过重力作用从第一混粉腔室进入第二混粉腔室。

5.根据权利要求3所述的一种同轴多束激光合成轴心送粉超高速激光熔覆头，其特征在于，所述的伞形隔粉器上部通过轴连接有电机。

6.根据权利要求1所述的一种同轴多束激光合成轴心送粉超高速激光熔覆头，其特征在于，所述的送粉喷嘴外表面还设有电加热垫，可加热到50～150摄氏度，用于使粉末充分干燥、预热和膨胀。

7.根据权利要求1所述的一种同轴多束激光合成轴心送粉超高速激光熔覆头，其特征在于，所述的微型滑轨采用一维运动滑轨、二维运动滑轨或者三维运动滑轨配置。

8.根据权利要求1所述的一种同轴多束激光合成轴心送粉超高速激光熔覆头，其特征在于，所述激光腔室的上部为圆柱形、下部为锥形；所述保护气腔室和水冷腔室形状类似，上部为环形、下部 为锥环形。

9.根据权利要求1所述的一种同轴多束激光合成轴心送粉超高速激光熔覆头，其特征在于，所述的45度平面反射镜采用硅基材镀金或者镀银的高反射率反射镜，所述的离轴抛物面镜的反射面采用镀铝、镀银或镀金膜。

10.一种同轴多束激光合成轴心送粉超高速激光熔覆方法，其特征在于，采用如权利要求1-9任一项所述的激光熔覆头实现，具体步骤如下：

1).用于合成所需激光光斑的单束激光选用能量均匀分布的光斑，光斑形状为矩形光斑或者圆形光斑；

2).根据基材材料的物理和化学性质，选择合适的预热光斑面积和能量密度，通过控制微型滑轨调整离轴抛物面镜的位置，从而改变光斑的位置，预热区域在激光熔覆头移动方向的前方或者步进方向的前方；

3).根据基体熔覆层的粉末性质，设计合理的激光光斑中心能量，通过控制微型滑轨调整离轴抛物面镜的位置，从而让多束激光光斑聚集在激光熔覆头的轴心线上，轴心区域所需的激光能量可控，利用中心光斑进行激光熔覆工艺；

4).根据激光重熔工艺要求，在激光熔覆头移动方向的后方或者步进方向的后方，设计激光重熔光斑的能量，同样通过控制微型滑轨调整离轴抛物面镜的位置，使得多束激光聚集在激光重熔的位置上；

5).通过调整多个送粉针的送粉量，控制整个激光熔覆工艺所需的送粉量；

6).利用上述激光熔覆头发出的激光重熔光斑，根据零件的形状，设计合理的行走路径，之后通过机械手臂编程行走路径；

7).先打开电加热垫，让混粉腔室里温度升到指定温度，再打开激光器、送粉器和伞形隔粉器电机，同时机械手臂控制激光熔覆头按行走路径移动，移动中实时完成基材预热、激光熔覆和激光重熔工艺。