激光熔覆由于根據工件的技術要求，在工件表面進行精準熔覆所需的高性能材料，其熔覆層具有稀釋率小、組織致密，與基體結合良好的特點，且工作環(huán)境無污染等優(yōu)點，使激光熔覆應用正迅速擴大。隨著激光熔覆應用的擴大，激光熔覆設備也在不斷改進，其中激光熔覆光頭的改進最引人矚目。激光熔覆頭主要由光學部件、送粉部件等構成。通過激光熔覆頭將激光設備發(fā)出的光和送粉器輸出的粉末形成交匯，使高能激光束將粉末全部有效熔覆到工件表面。

早期激光功率較低，多數用透射聚焦鏡和旁軸送粉進行激光熔覆。隨著激光功率的不斷增加，現在多數用反射聚焦鏡和旁軸或同軸送粉進行激光熔覆。不同規(guī)格反射聚焦鏡與不同送粉方式進行配置使得激光熔覆能高效應用于不同場合。

應用形式

01 圓形光斑+旁軸送粉

與早期透射聚焦鏡和旁軸送粉不同是現在光纖激光可以輸出高斯分布或平頂的激光束。平頂的激光束的應用不但提高了激光束的能量利用率，還因為平頂的激光束使受照射粉末都能吸收相近的能量，極大地改善熔覆層質量。旁軸送粉具有機構簡單、靈活的特點，使得圓形光斑+旁軸送粉能適應各種激光熔覆應用。

高斯光束與平頂光束對熔覆的影響對比

02 矩形光斑+旁軸送粉

將“圓形光斑+單束送粉”方式發(fā)展為“矩形光斑+寬帶送粉”方式極大提升了熔覆效率，極大改善了熔覆時中間與兩側的能量密度不均勻情況，改善了熔覆層質量。圓形光斑+單束送粉的單道熔覆層寬度只有3-4mm。充分利用現在激光功率大的優(yōu)勢，矩形光斑+寬帶送粉的單道熔覆層可以到達30mm寬。隨著激光設備的功率不斷加大，價格不斷降低，利用激光“矩形光斑+寬帶送粉”光斑熔覆在許多場合不但比傳統(tǒng)堆焊的質量更好，而且成本更低。這不但擴大激光熔覆的應用，也提高了產品的質量，“矩形光斑+寬帶送粉”由于變化掃描方向時，光粉耦合會出現明顯的方向性，影響熔覆層的性能，通常用于形狀簡單零件的大面積表面激光熔覆。

03 圓形光斑+同軸送粉

同軸熔覆頭在工作時，激光束、合金粉末、保護氣體是同軸輸出。同軸送粉熔覆光頭由于粉束和激光束同軸輸出，使得激光束和保護氣體與粉末流各向同性，克服了旁軸送粉方向性的限制，可保證任意熔覆路徑下熔覆狀態(tài)、熔覆層的性能一致性。使得熔覆時，熔池可以獲得很好的氣體保護，使得熔覆層質量更好，熔覆材料種類更多。由于同軸送粉熔覆噴頭無方向性問題，還可應用于激光金屬增材制造（3D打�。�，通過逐層沉積可近凈成形大型結構件、復雜結構件等。

同軸熔覆優(yōu)良的質量，極大促進應用領域，同時更進一步促進該技術發(fā)展。根據激光束和粉束的相對位置，現在同軸送粉熔覆噴頭可分為光外同軸送粉噴頭和光內同軸送粉噴頭。光外同軸送粉噴頭是采用“粉包光”的光粉耦合模式，激光束從中心出射，光束周圍為傾斜布置的多個粉嘴送粉或環(huán)狀送粉，工作時激光束和粉束匯聚在工作表面并形成熔池。光內同軸送粉噴頭是采用“光包粉”的光粉耦合模式，圓形實心光束轉換為圓環(huán)錐形光束或多光束，中空無光區(qū)域垂直放置送粉管，實現光束中空，粉管居中，光內送粉。粉末垂直加工面噴射，由于粉末噴射方向與包圍粉束的準直氣流方向、外圍聚焦環(huán)錐形光束軸線方向均相同，故三相流互不干涉，粉末發(fā)散小，集束性好，因此在一定的長度范圍內能夠保證光束、保護氣都包圍粉束，進一步提高了粉末利用率和熔覆層質量，減少熔覆層的表面粘粉和熔覆過程中的飛濺。

發(fā)展趨勢

隨著激光器的功率不斷加大，寬帶同軸送粉熔覆現在也獲得越來越多的應用。寬帶同軸送粉熔覆主要由送粉道、保護氣道和激光束通道組成。光外同軸送粉寬帶光頭的中心為矩形光斑，光束外兩側為與激光光斑相適應的矩形粉末流道。光外同軸送粉寬帶光頭的中心是矩形送粉裝置，外層為雙光束，熔覆層最大寬度到達40mm。

隨著激光熔覆應用的不斷擴大，加工技術不斷提高，激光熔覆頭技術發(fā)展在不斷提高。特別是寬帶同軸送粉熔覆技術，激光束、粉末、保護氣體的不同交匯方式必將促進激光熔覆技術的提高，必將促進激光熔覆應用領域的擴展，必將帶產業(yè)技術升級。

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