本实用新型涉及一种激光熔覆头和激光加工设备，尤其涉及一种多束激光中心送粉熔覆头及具有该多束激光中心送粉熔覆头的激光熔覆加工系统。
背景技术：
激光熔覆也称为激光包覆或激光熔敷，是一种激光表面改性技术，是以不同的添料方式在被熔覆基材基体表面上放置被熔覆材料(金属粉末)经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低，与基体成冶金结合的表面涂层，显著改善基材表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性的工艺方法，从而达到表面改性或修复的目的，既满足了对材料表面特定性能的要求，又节约了大量的贵重元素。
如何将粉末送到基材表面，已发展出多种技术。最简单的就是预置送粉，预置送粉一般利用重力，将粉末预先送到基材表面，然后用激光熔化。另外，还有同步送粉，同步送粉一般采用气动送粉方式，将粉末与激光同时汇聚基体的熔池附近进行熔化。同步送粉又分为旁轴送粉和中心送粉两种方式。旁轴送粉的特点是“粉包光”：中心为光束，粉末包围激光束。中心送粉的特点是“光包粉”：中心为粉流，激光束包围中心粉流。中心送粉技术相较旁轴送粉技术突出特点为粉末被光束环绕，粉末利用率高。
为了实现“光包粉”，现有的中心送粉技术都是采用将激光器发出的一束激光通过光学技术转变为空心光束。如专利cn201710059683.1和cn201710059713.9分别介绍了采用多面锥和圆锥形发射扩散镜将一实心光束反射并扩散，然后分别被一反射聚焦组件反射聚焦，从而获得了一个多束或环状激光围成的空心光束，用这个空心光束包围中心的粉流。
上述专利采用反射或透射分光镜将一束激光分成多束或环状空心光束，但是其存在以下问题：
(1)反射分束镜和反射聚焦镜的机械加工精度高，反射面为光学镜面，加工难度大，加工成本高；(2)利用上述反射镜做成的熔覆头结构复杂，装配较难。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的结构复杂、及加工成本高的技术问题，本实用新型提供一种多束激光中心送粉熔覆头及激光熔覆加工系统。
本实用新型的技术解决方案是：
一种多束激光中心送粉熔覆头，其特殊之处在于，包括固定件、主体件和连接件；
所述固定件内沿周向均布至少两个贯通其上端和下端的第一激光通道；
所述主体件的中心设有贯穿其上端和下端的送粉通道，主体件内沿周向均布至少两个第二激光通道，所述第二激光通道从主体件上端贯通至下端；
所述第二激光通道和第一激光通道的数量相同，且一一对应同轴；第二激光通道的中心轴线与所述送粉通道的中心轴线相交于一点，交点位于所述主体件下端的外部，且距离主体件的下端5-30mm；
所述连接件为中空结构，连接件的上端和下端分别与所述固定件和主体件连接；所述连接件的侧壁上设有送粉口，连接件的空腔内设有送粉管，所述送粉管的一端与所述送粉口连接，另一端与所述送粉通道连接。
进一步地，所述主体件包上部件和下部件，所述上部件和下部件均为去除尖端的类圆锥状结构，包括大端和小端；
所述下部件的大端与上部件的小端形状尺寸相同，且下部件的大端与上部件的小端可拆卸连接。
进一步地，所述送粉管和第一激光通道的水平投影位置相互错开，以确保所述送粉管不位于激光光路中。
进一步地，所述送粉通道的直径为0.1mm-3mm；所述第二激光通道的直径为1mm-10mm；所述第一激光通道的直径大于第二激光通道的直径。
进一步地，所述第二激光通道中心轴线与送粉通道中心轴线的夹角为5°-45°。
进一步地，所述第二激光通道为2～5个。
进一步地，为确保熔覆头稳定，并保证拆卸下部件方便，所述上部件的小端周向均匀设有三个第一螺纹孔，所述下部件周向均匀设有三个第二螺纹孔，所述下部件的大端与上部件的小端通过穿入所述第一螺纹孔和第二螺纹孔内的螺栓连接。
进一步地，所述连接件为上大下小的工字形结构；连接件的大端与固定件的下端形状尺寸相同，且通过螺钉与固定件连接，连接件的小端与所述上部件的大端形状尺寸相同，且通过螺钉与上部件连接。
进一步地，所述送粉管为弯管，其弯折弧度大于90°；送粉管为铜管或塑料管；送粉管为中空圆管，其外径略小于所述送粉通道的直径，以实现送粉管与送粉通道的过盈配合。
一种激光熔覆加工系统，包括激光器，其特征在于，还包括上述多束激光中心送粉熔覆头；
所述激光器具有多个激光输出头，所述激光输出头的数量与所述第一激光通道的数量相同；激光输出头固定在所述固定件上端，并与所述第一激光通道对应同轴。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
(1)本实用新型多束激光中心送粉熔覆头包括多个激光通道，多束激光通过熔覆头即可实现对中心粉末的包围，无需加工并安装反射分束镜和反射汇聚镜组，结构简单、便于生产加工，且制作成本低，易于在工业中推广。
(2)本实用新型的多个光束通道和中心送粉通道都采用单独通道，各单独通道的孔径较小，在同样的保护气流条件下，可产生较大保护气压，可阻止熔覆时烟尘进入熔覆头内部，熔覆头的使用安全性更高。
(3)本实用新型熔覆头的主体件采用上部件和下部件分离式结构，当受外加工环境影响如出现底部通道堵塞的情况时，可直接拆卸并更换底部件，维护时间短、成本低，方便快捷。
(4)本实用新型的中心送粉多束激光熔覆头底部开口小，可进一步防止熔覆头内部受到外部粉尘及烟气污染。
附图说明
图1为本实用新型一个实施例的局部剖视图；
图2为该实施例的俯视图；
图3为该实施例中主体件的结构示意图；
图4为该实施例的工作原理示意图；
图5为本实用新型激光熔覆加工系统的结构原理图；
附图标记为：1-主体件、2-固定件、3-连接件、4-激光器、11-送粉通道、12-下部件、13-上部件、14-第二激光通道、15-第一螺纹孔、16-第二螺纹孔、24-第一激光通道、31-送粉管、32-送粉口、41-激光输出头、35-基体、37-熔池、301-金属粉、302-激光光束。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的详细说明。
参见图1，本实用新型多束激光中心送粉熔覆头包括主体件1、固定件2和连接件3；连接件3为中空结构，其上端和下端分别与固定件2和主体件1连接；
主体件1的中心设有贯通其上端和下端的送粉通道11，连接件3的侧壁上设有送粉口32，连接件3的空腔内设有送粉管31，送粉管31的一端与送粉口32连接，另一端与送粉通道11连接；
参见图2，固定件2内沿周向均布至少两个贯通其上端和下端的第一激光通道24，激光输出头通过螺钉固定在固定件2的上端，且激光输出头与第一激光通道24对应同轴；主体件1内沿周向均布至少两个贯通其上端和下端的第二激光通道14；第一激光通道24和第二激光通道14的数量相同，且一一对应同轴；第一激光通道24和第二激光通道14的数量可以为2～5个，在本实施例中，第一激光通道24和第二激光通道14为3个，三个第二激光通道14以送粉通道11为中心，沿周向均匀布置在主体件1内；三个第二激光通道14的中心轴线与送粉通道11的中心轴线相交于一点，交点位于主体件1下端的外部，且距离主体件1的下端5-30mm；每个第二激光通道中心轴线与送粉通道中心轴线的夹角为5°-45°；送粉通道11和第二激光通道14均为柱形结构，送粉通道11的直径为0.1mm-3mm；第二激光通道14的直径为1mm-10mm。
为了避免熔覆头受外加工环境影响，在本实施例中，参见图3，主体件1包括上部件13和下部件12；上部件13和下部件12均为去除尖端的类圆锥状结构，包括大端和小端；下部件12的大端与上部件13的小端形状尺寸相同；
上部件13的小端周向均匀设有三个第一螺纹孔15，三个第一螺纹孔15为盲孔，下部件12上周向均匀设有三个第二螺纹孔16，下部件12通过穿入第一螺纹孔15和第二螺纹孔16内的螺栓与上部件13的小端连接。当受外加工环境影响如出现底部通道堵塞的情况时，可直接拆卸并更换下部件12。
本实施例的连接件3为上大下小的工字形结构；连接件3的大端与固定件2的下端形状尺寸相同，且通过螺钉与固定件连接，连接件的小端与上部件的大端形状尺寸相同，且通过螺钉与上部件连接；
送粉管31为弯管，其弯折弧度大于90°；送粉管31为铜管或塑料管；送粉管31为中空圆管，其外径略小于送粉通道11的直径，以实现两者的过盈配合连接。
结合图4对本实用新型进一步原理说明，设备工作时，三束激光光束302通过固定件上的第一激光通道24后从主体件上的第二激光通道14输出与中心的金属粉301相交于一点，即三个激光通道中心轴线与送粉通道中心轴线的交点，加工工件35位于该交点下方近交点处，交点处激光大部分被金属粉301吸收，剩余部分光束在基体35表面形成熔池37；金属粉吸收激光能量后垂直落入基体表面。
参见图5，本实用新型的激光熔覆加工系统包括激光器4和上述多束激光中心送粉熔覆头，本实施例中的激光器具有多个激光输出头41，激光输出头的数量与第一激光通道24的数量相同，在本实施例中，激光熔覆加工系统采用单台激光器输出三束激光，三个激光输出头通过螺钉固定在固定件2的上端，且三个激光输出头与三个第一激光通道对应同轴，激光输出头出射的激光光束经第一激光通道24和第二激光通道14输出与送粉通道11相交于一点。
1.一种多束激光中心送粉熔覆头，其特征在于：包括固定件(2)、主体件(1)和连接件(3)；
所述固定件(2)内沿周向均布至少两个贯通其上端和下端的第一激光通道(24)；
所述主体件(1)的中心设有贯穿其上端和下端的送粉通道(11)，主体件(1)内沿周向均布至少两个第二激光通道(14)，所述第二激光通道(14)从主体件(1)上端贯通至下端；
所述第二激光通道(14)和第一激光通道(24)的数量相同，且一一对应同轴；第二激光通道(14)的中心轴线与所述送粉通道(11)的中心轴线相交于一点，交点位于所述主体件(1)下端的外部，且距离主体件(1)的下端5-30mm；
所述连接件(3)为中空结构，连接件(3)的上端和下端分别与所述固定件(2)和主体件(1)连接；所述连接件(3)的侧壁上设有送粉口(32)，连接件(3)的空腔内设有送粉管(31)，所述送粉管(31)的一端与所述送粉口(32)连接，另一端与所述送粉通道(11)连接。
2.根据权利要求1所述的一种多束激光中心送粉熔覆头，其特征在于：所述主体件(1)包上部件(13)和下部件(12)，所述上部件(13)和下部件(12)均为去除尖端的类圆锥状结构，包括大端和小端；
所述下部件(12)的大端与上部件(13)的小端形状尺寸相同，且下部件(12)的大端与上部件(13)的小端可拆卸连接。
3.根据权利要求2所述的一种多束激光中心送粉熔覆头，其特征在于：所述送粉管(31)和第一激光通道(24)的水平投影位置相互错开。
4.根据权利要求3所述的一种多束激光中心送粉熔覆头，其特征在于：所述送粉通道(11)的直径为0.1mm-3mm；所述第二激光通道(14)的直径为1mm-10mm；所述第一激光通道(24)的直径大于第二激光通道(14)的直径。
5.根据权利要求4所述的一种多束激光中心送粉熔覆头，其特征在于：所述第二激光通道(14)中心轴线与送粉通道(11)中心轴线的夹角为5°-45°。
6.根据权利要求5所述的一种多束激光中心送粉熔覆头，其特征在于：所述第二激光通道(14)为2～5个。
7.根据权利要求6所述的一种多束激光中心送粉熔覆头，其特征在于：所述上部件(13)的小端周向均匀设有三个第一螺纹孔(15)，所述下部件(12)周向均匀设有三个第二螺纹孔(16)，所述下部件(12)的大端与上部件(13)的小端通过穿入所述第一螺纹孔(15)和第二螺纹孔(16)内的螺栓连接。
8.根据权利要求7所述的一种多束激光中心送粉熔覆头，其特征在于：所述连接件(3)为上大下小的工字形结构；连接件(3)的大端与固定件(2)的下端形状尺寸相同，且通过螺钉与固定件(2)连接，连接件(3)的小端与所述上部件(13)的大端形状尺寸相同，且通过螺钉与上部件(13)连接。
9.根据权利要求8所述的一种多束激光中心送粉熔覆头，其特征在于：所述送粉管(31)为弯管，其弯折弧度大于90°；送粉管(31)为铜管或塑料管；送粉管(31)为中空圆管，其外径略小于所述送粉通道(11)的直径。
10.一种激光熔覆加工系统，包括激光器(4)，其特征在于：还包括权利要求1～9任一所述的多束激光中心送粉熔覆头；
所述激光器(4)具有多个激光输出头(41)，所述激光输出头(41)的数量与所述第一激光通道(24)的数量相同；激光输出头(41)固定在所述固定件(2)上端，并与所述第一激光通道(24)对应同轴。
技术总结