[发明专利]光路偏焦进行不同中空或实心光斑熔覆装置及使用方法

说明书

本发明公开一种光路偏焦进行不同中空或实心光斑熔覆装置及其使用方法，针对于激光熔覆中“光内送粉”喷头的中空圆锥型聚焦光束在离焦量过大的工作面上，光斑空心面积过大造成熔覆时熔池中部熔不透的问题。本发明提出的可变光路偏焦技术，即从准直光路、扩束光路、聚焦光路中通过移动改变准直镜焦距或移动改变环锥直面反射镜与圆锥直面反射镜的相对位置，使聚焦光束在圆锥镜与环锥镜反射后，形成的中空圆锥形光束在聚焦前相交，而焦点偏离光轴并形成一焦点圆。在相交光束不同的光轴横截面上得到不同的实心光斑或占空比较小的环形光斑，可避免原不偏焦聚焦光路中空光斑占空比太大而中心光能不足问题，实现较宽熔道的熔覆成形。

技术领域

本发明涉及激光熔覆技术领域，特别是涉及一种光路偏焦进行不同中空或实心光斑熔覆装置及其使用方法。

背景技术

激光熔覆技术是一种激光技术与加增材制造技术相结合的先进制造技术，近几年来发展迅速。作为一项先进的加工成型技术，其广泛应用金属3D打印、材料的表面改性和失效零部件的修复等，解决了工程实践中的很多难题，在工程应用中创造了巨大的经济效益。此技术中实现光粉耦合成形的核心部件是激光熔覆喷头，目前激光熔覆喷头有二种送粉技术：一种是采用多粉管包围实心光同轴倾斜送粉方法(光外送粉)，另一种是中空环形光包围单粉管中心垂直送粉方法(光内送粉)。本发明针对第二种光内送粉方法展开。

申请号为201621159526.5的一种光内同轴送粉的聚焦装置，如4所示，激光器输出光纤出光口1后面依次安装有准直透镜3、圆锥直面反射镜4、环锥形抛物面反射镜，二块反射镜均为绕中心轴线的旋转对称结构，反射面相对布置，激光器输出光纤出光口1发出的带有一定角度的激光束2经准直透镜3准直成平行的圆柱形准直光束4，圆柱形准直光束4经圆锥直面反射镜6反射，反射至环锥形抛物面反射镜5，被反射光束成为环形聚焦光束7，最终在工作面11上聚焦，在该焦点10位置形成点光斑，但一般工作时根据需要工作面11应处在焦点11上部或下部离焦位置。离焦是为了得到所需尺寸的环形光斑，以形成环形的高温熔池，从而熔化喷粉口8喷射到熔池内的金属粉束，又能使扫描线上的光能分布均匀化。连续的扫描移动将不断熔覆凝固形成不同宽度的熔道。但是，为了高效率成形而加大离焦量熔覆宽熔道时，在离焦点10位置太远的大离焦面12上，截面上的环形光斑占空比太大，中部空心面积太大，造成熔池中部光能不足，进入熔池的粉束在中部可能熔不透或不能熔化，造成熔道中部缺陷，从而难以得到表面平整、冶金结合强度高的宽熔道，则无法熔覆出质量较好的零件或涂层。

因此，如何克服上述缺陷成为本领域技术人员目前所亟待解决的问题。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种能够得到所需的实心圆形光斑或任意占空比的中空环形光斑的光路偏焦进行不同中空或实心光斑熔覆装置及其使用方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种光路偏焦进行不同中空或实心光斑熔覆装置，包括：激光器输出光纤出光口，所述激光器输出光纤出光口为与激光器相接的输出光纤出口的终端；准直透镜组，所述准直透镜组设置于所述激光器输出光纤出光口的正下方，且所述激光器输出光纤出光口至所述准直透镜组的距离大于所述准直透镜组的焦距长度；圆锥直面反射镜，所述圆锥直面反射镜设置于所述准直透镜组的正下方；环锥直面反射镜，所述环锥直面反射镜与所述圆锥直面反射镜二者同轴设置，所述环锥直面反射镜相对所述圆锥直面反射镜呈包围状、且二者的反射面沿周向360°方向相对，所述激光器输出光纤出光口出射的发散光束到达所述准直透镜组，当所述准直透镜组到所述激光器输出光纤出光口的距离分别等于、大于或小于准直焦距时，通过所述准直透镜组的光束分别成为平行光束、收敛聚焦光束或发散光束，收敛聚焦光束通过所述圆锥直面反射镜反射至所述环锥直面反射镜后成为圆环锥形聚焦光束，对于不同锥角和尺寸的圆锥直面反射镜和环锥直面反射镜，可使圆环锥形聚焦光束在下方到达光轴前聚焦为一个焦点圆，或到达光轴上聚焦为一个焦点，或经过光轴交汇并偏离光轴聚焦为一个焦点圆；熔覆喷嘴，所述熔覆喷嘴设置于所述圆锥直面反射镜的正下方，所述熔覆喷嘴的出粉口与工作面相对。