多角度可预热回火式激光熔覆头制造技术

本发明专利技术公开了一种多角度可预热回火式激光熔覆头，包括：分束机构、分束变焦机构、激光扫描跟踪机构和激光熔覆机构。所述分束机构包括：分束腔体、分光镜、分光镜玻璃支撑板、三角支撑块、曲面镜和旋转支撑法兰；所述分束机构中的分束腔体上部设置有旋转支撑法兰，所述旋转支撑法兰的下圆环面上设置有六个用于安装曲面镜的圆孔；所述分束腔体包括上部的锥形部和下部的筒形部；所述分束腔体锥形部的外壁倾斜面圆周方向均布有六个圆环凸台；本发明专利技术所述的多角度可预热回火式激光熔覆头，能够安装在工业机器人A6轴上，或安装在改造的数控机床的主轴上，能够多方位对基材进行预热，对熔覆层进行回火，大大地减小了温度梯度，有效降低因单激光束快热快冷所造成的残余应力、裂纹敏感、组织不均的影响。

Multi angle preheating and tempering laser cladding head

The invention discloses a multi angle preheating and tempering laser cladding head, which comprises a beam splitting mechanism, a beam splitting zoom mechanism, a laser scanning tracking mechanism and a laser cladding mechanism. The splitting mechanism includes: a beam splitter, beam splitter, cavity glass support plate, a triangular support block, curved mirror and rotating support flange; the beam splitting mechanism in the upper part of the cavity is provided with a rotary supporting flange, under the torus of the rotation support flange is provided with six round holes for mounting surface mirror; cylindrical portion of the beam cavity comprises upper and lower conical part; the outer wall of the beam cavity tapered part in the circumferential direction of slope is provided with six circular convex angles; the preheating tempering type laser cladding head can be installed in the industrial robot A6 the shaft, or mounted on the spindle of CNC machine tools on the can range for preheating the substrate, tempering of the cladding layer, which greatly reduces the temperature gradient, reduce because of a single laser beam caused by rapid heating and rapid cooling Effects of residual stress, crack sensitivity, and tissue heterogeneity.

【技术实现步骤摘要】
多角度可预热回火式激光熔覆头
本专利技术涉及一种激光熔覆前对基材进行预热、熔覆后对熔覆层进行回火的激光熔覆头。
技术介绍
目前，激光熔覆是一种先进的表面改性技术，通过在基材表面添加熔覆材料，利用高能密度的激光束使之与基材薄层一起熔凝的方法，在基材表面形成与其为冶金结合的熔覆层。既能够制造出复杂结构的零件，又能对破损零件进行修复，已被广泛应用于制造业的各领域。激光束直接辐照在材料表面使其熔化，然后通过热传导使其快速冷却凝固，从而在材料表面形成与基体互熔。快速加热和快速冷却的特点造成过大的温度梯度，容易导致熔覆层中存在较大的残余应力，具有较高的开裂敏感性。另外，组织均匀性也较差，且存在一定数量的气孔。这是激光熔覆在工业应用中受到限制的原因之一。
技术实现思路
根据上述提出的技术问题，而提供一种多角度可预热回火式激光熔覆头，能够安装在工业机器人A6轴上，或安装在改造数控机床的主轴上，用于制造或修复机械零件，用于解决现有的激光熔覆，快速加热和快速冷却的特点造成过大的温度梯度，容易导致熔覆层中存在较大的残余应力，具有较高的开裂敏感性，以及组织均匀性也较差，且存在一定数量的气孔的缺点。本专利技术采用的技术手段如下：一种多角度可预热回火式激光熔覆头，包括：分束机构、分束变焦机构、激光扫描跟踪机构和激光熔覆机构。所述分束机构包括：分束腔体、分光镜、分光镜玻璃支撑板、三角支撑块、曲面镜和旋转支撑法兰；所述分束机构中的分束腔体上部设置有旋转支撑法兰，所述旋转支撑法兰的下圆环面上设置有六个用于安装曲面镜的圆孔；所述分束腔体包括上部的锥形部和下部的筒形部；所述分束腔体锥形部的外壁倾斜面圆周方向均布有六个圆环凸台；所述的分光镜玻璃支撑板设置于分束腔体筒形部的顶端；所述分光镜玻璃支撑板上表面通过三角支撑块设置有分光镜。所述激光扫描跟踪机构包括：大齿轮、小齿轮、步进电机、旋转支撑法兰、光束连接套筒、圆锥滚子轴承、轴承支撑板和电机支架；所述激光扫描跟踪机构中的光束连接套筒上部通过电机支架安装有步进电机，所述旋转支撑法兰上端外壁设置有大齿轮，所述大齿轮通过小齿轮同步进电机传动连接；所述光束连接套筒下部外壁同旋转支撑法兰的轴承孔之间设置有圆锥滚子轴承，所述光束连接套筒底部设置有用于承载限位圆锥滚子轴承的轴承支撑板。所述的分束变焦机构设置于分束腔体的圆环凸台末端；所述的激光熔覆机构设置于所述分束腔体筒形部底端；当步进电机驱动旋转支撑法兰，以及分束腔体转动，能够调整分光镜的分光角度，进而调节通过曲面镜折射入分束变焦机构的角度。作为优选所述分束变焦机构包括：分束凹透镜、镜头连接环、镜头调焦环、分束镜头和分束凸透镜；所述分束变焦机构中的分束凹透镜设置于分束腔体的圆环凸台内孔，所述分束腔体圆环凸台末端通过镜头连接环设置有镜头调焦环，所述镜头调焦环同镜头连接环螺纹连接；所述镜头调焦环末端设置有分束镜头，所述分束镜头内孔设置有分束凸透镜。作为优选所述激光熔覆机构包括：熔覆喷嘴、冷却水连接头、进水口、出水口、粉末导向套、锥形激光套、连接盘、挡光环、保护气通入口和粉末进入口；所述激光熔覆机构的熔覆喷嘴同分束腔体筒形部的底端连接固定。作为优选六个所述曲面镜的圆心至旋转支撑法兰的圆心的距离d不相同。作为优选分束腔体锥形部的圆环凸台在径向横截面均匀分布，且两两形成一组，纵截面圆环凸台轴线与水平方向角度θ2各不相同。作为优选所述三角支撑块角度θ1各不相同。与现有技术相比较，本专利技术所述的多角度可预热回火式激光熔覆头，具有以下优点：1、本专利技术所述的多角度可预热回火式激光熔覆头，当步进电机驱动旋转支撑法兰，以及分束腔体转动，能够调整分光镜的分光角度，进而调节通过曲面镜折射入分束变焦机构的角度，使通过分光镜、曲面镜射入分束变焦机构，分束腔体中的平行光束大部分经主光束凸透镜用于激光熔覆，其余部分通过分光镜、曲面镜射入分束变焦机构，并于激光熔覆头的前进方向进行预热，后退方向进行回火，有效降低因单激光束快热快冷所造成的残余应力、裂纹敏感、组织不均的影响；能够多方位对基材进行预热，对熔覆层进行回火，大大地减小了温度梯度。2、本专利技术所述的多角度可预热回火式激光熔覆头，分光镜、曲面镜以及分束变焦机构设置有六个，分成三对，设置有三对预热、回火激光头供不同工艺参数下进行选择，同时还能够调节镜头调焦环来改变激光光斑大小，调节方便，可行性高。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1是本专利技术的结构示意图。图2是本专利技术分束激光头布置主视图。图3是本专利技术分束激光头布置俯视图。图4是本专利技术激光分束光路图。图5是本专利技术θ1、θ2、d、D四者关系示意图。图6是本专利技术激光扫描跟踪机构示意图。图7是本专利技术轨迹流程图。图8是本专利技术的使用效果图。其中：1、光束连接套筒，2、大齿轮，3、圆锥滚子轴承，4、旋转支撑法兰，5、分束腔体，6、分束凹透镜，7、镜头连接环，8、镜头调焦环，9、分束凸透镜，10、分束镜头，11、熔覆喷嘴，12、冷却水连接头，12-1、进水口，12-2、出水口，13、粉末导向套，14、锥形激光套，15、连接盘，16、挡光环，17、主光束凸透镜，18、分光镜支撑玻璃板，19、三角支撑块，20、分光镜，21、轴承支撑板，22、曲面镜，23、小齿轮，24、步进电机，25、电机支架，26、保护气通入口，27、粉末进入口；a、主光束熔覆头，b、预热激光头，c、回火激光头，d、光束接头，e、主光束，f、预热光束，g、回火光束。具体实施方式如图1到图8所示，一种多角度可预热回火式激光熔覆头，包括：分束机构、分束变焦机构、激光扫描跟踪机构和激光熔覆机构。所述分束机构包括：分束腔体5、分光镜20、分光镜玻璃支撑板18、三角支撑块19、曲面镜22和旋转支撑法兰4；所述分束机构中的分束腔体5上部设置有旋转支撑法兰4，所述的分束腔体5与旋转支撑法兰4以螺钉连接固定，且连接角度唯一，旋转支撑法兰4下圆环面的圆孔与分束腔体5锥形部的圆环凸台一一对应，即d与θ2一一对应，所述旋转支撑法兰4的下圆环面上设置有六个用于安装曲面镜22的圆孔；下圆环面上平均设有6个直径相同、距旋转支撑法兰圆心距离d各不相同的圆孔，以便嵌入曲面镜22。旋转支撑法兰4下端面上的6个圆孔与曲面镜22过盈配合。所述分束腔体5包括上部的锥形部和下部的筒形部；所述分束腔体5锥形部的外壁倾斜面圆周方向均布有六个圆环凸台；所述的分光镜玻璃支撑板18设置于分束腔体5筒形部的顶端；所述的分光镜支撑玻璃板18与分束腔体5采用键定位、过盈配合。所述分光镜玻璃支撑板18上表面通过三角支撑块19设置有分光镜20；所述分光镜支撑板18、三角支撑块19、分光镜20三者之间通过专用胶水按一定位置粘接。所述激光扫描跟踪机构包括：大齿轮2、小齿轮23、步进电机24、旋转支撑法兰4、光束连接套筒1、圆锥滚子轴承3、轴承支撑板21和电机支架25；所述的光束连接套筒1与激光系统的输入接头螺钉相连接，所述激光扫描跟踪机构中的光束连接套筒1上部通过电机支架25安装有步进电机24，所述的光束连接套筒1上方下圆，所述的电机支架25与光束连接套筒1上端一平面上用螺钉连接；所述的电机支架25与步进电机24采用螺栓连接；所述旋转支撑法兰4上端外壁设置有大齿轮2，所述大齿轮2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多角度可预热回火式激光熔覆头，其特征在于包括：分束机构、分束变焦机构、激光扫描跟踪机构和激光熔覆机构；所述分束机构中的分束腔体上部设置有旋转支撑法兰，所述旋转支撑法兰的下圆环面上设置有六个用于安装曲面镜的圆孔；所述分束腔体包括上部的锥形部和下部的筒形部；所述分束腔体锥形部的外壁倾斜面圆周方向均布有六个圆环凸台；所述的分光镜玻璃支撑板设置于分束腔体筒形部的顶端；所述分光镜玻璃支撑板上表面通过三角支撑块设置有分光镜；所述激光扫描跟踪机构中的光束连接套筒上部通过电机支架安装有步进电机，所述旋转支撑法兰上端外壁设置有大齿轮，所述大齿轮通过小齿轮同步进电机传动连接；所述光束连接套筒下部外壁同旋转支撑法兰的轴承孔之间设置有圆锥滚子轴承，所述光束连接套筒底部设置有用于承载限位圆锥滚子轴承的轴承支撑板；所述的分束变焦机构设置于分束腔体的圆环凸台末端；所述的激光熔覆机构设置于所述分束腔体筒形部底端；当步进电机驱动旋转支撑法兰，以及分束腔体转动，能够调整分光镜的分光角度，进而调节通过曲面镜折射入分束变焦机构的角度。

【技术特征摘要】
1.一种多角度可预热回火式激光熔覆头，其特征在于包括：分束机构、分束变焦机构、激光扫描跟踪机构和激光熔覆机构；所述分束机构中的分束腔体上部设置有旋转支撑法兰，所述旋转支撑法兰的下圆环面上设置有六个用于安装曲面镜的圆孔；所述分束腔体包括上部的锥形部和下部的筒形部；所述分束腔体锥形部的外壁倾斜面圆周方向均布有六个圆环凸台；所述的分光镜玻璃支撑板设置于分束腔体筒形部的顶端；所述分光镜玻璃支撑板上表面通过三角支撑块设置有分光镜；所述激光扫描跟踪机构中的光束连接套筒上部通过电机支架安装有步进电机，所述旋转支撑法兰上端外壁设置有大齿轮，所述大齿轮通过小齿轮同步进电机传动连接；所述光束连接套筒下部外壁同旋转支撑法兰的轴承孔之间设置有圆锥滚子轴承，所述光束连接套筒底部设置有用于承载限位圆锥滚子轴承的轴承支撑板；所述的分束变焦机构设置于分束腔体的圆环凸台末端；所述的激光熔覆机构设置于所述分束腔体筒形部底端；当步进电机驱动旋转支撑法兰，以及分束腔体转动，能够调整分光镜的分光...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨林，李明，于天彪，王宛山，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21