專利名稱：垂直面送粉激光熔覆噴嘴的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)側(cè)和外側(cè)垂直面送粉激光熔覆噴嘴的結(jié)構(gòu)設(shè)計，屬于激光材料加工技術(shù)領(lǐng)域。
中國專利發(fā)明名稱為“垂直裝卸的分體式激光熔覆同軸送粉噴嘴”(申請?zhí)?0100041.1，公開號CN 1255411A)，公開了一種噴嘴結(jié)構(gòu)。該發(fā)明噴嘴由內(nèi)外套接的內(nèi)錐筒、中間錐筒、外錐筒、冷卻水擋板和噴頭組成多層同心錐筒，包含同軸光路通道、粉路通道、保護(hù)氣體通道和冷卻水通道。其中粉末通道由中間錐筒與外錐筒構(gòu)成，外錐筒上部包含四個切向人口將粉末引入，切向入口下面安置微孔漏篩。進(jìn)入粉末通道的四路粉末流在輸送氣體的帶動下迅速分散在篩環(huán)的圓周面上，再從微孔漏篩環(huán)圓周上均布的數(shù)十個微孔中均勻地漏下，沿粉末通道向下運動、聚后在出口處形成均勻的會聚同軸粉末錐流，使得激光熔覆各向同性，克服了單管側(cè)向送粉熔覆各向異型性等一系列不足。該發(fā)明具有三層錐體同時冷卻、靈活方便的垂直裝卸、粉末流主動均勻化、光斑直徑靈活調(diào)節(jié)、內(nèi)錐頭部可更換、端部抗激光反射和粉末回收等優(yōu)點，適應(yīng)于單道激光熔覆以及激光快速制造，激光合金化、激光相變硬化和激光焊接等用會聚窄光束的場合。
中國專利發(fā)明名稱為“可調(diào)寬帶雙向?qū)ΨQ送粉激光熔覆噴嘴”(申請?zhí)?1110132.6，公開號CN 1319459A)，公開了另一種噴嘴結(jié)構(gòu)。該發(fā)明噴嘴由相互聯(lián)接的上體與下體兩部分組成；該下體包括同軸設(shè)置的外園錐體、中間矩形體、下部矩形體、可更換矩形噴頭、由數(shù)組寬帶送粉頭和冷卻水腔構(gòu)成的兩組送粉座組成；中間矩形體設(shè)置在外圓錐體、中間矩形體之間，并向下延伸與可更換矩形噴頭相連，該兩組送粉座對稱安裝在外圓錐體下部及可更換矩形噴頭外面的兩側(cè)。該發(fā)明具有實用化、多性能、使用方便的優(yōu)點，能克服離焦光斑多道搭接的不足，明顯改善熔覆層的平整性、性能均勻性和熔覆效率，特別適用于大面積送粉激光熔覆、大面積送粉激光合金化、大面積預(yù)置粉激光熔覆、大面積預(yù)置粉激光合金化、大面積激光重熔、大面積激光相變硬化等廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。
上述噴嘴能很好地應(yīng)用于水平面激光熔覆場合，但不能應(yīng)用于垂直面的熔覆場合。
本發(fā)明垂直面送粉激光熔覆噴嘴，由相互聯(lián)接的上體、中間體和下體三部分組成；其特征在于，該下體包括水冷空心圓柱體主體、斜面水冷反射鏡座和反射鏡以及空心錐形粉嘴組成；其中，所說的斜面反射鏡座設(shè)置在空心圓柱體主體底部并與其相連，其上安置反射鏡；所說的空心錐形粉嘴設(shè)置在空心圓柱體左下部并同時與圓柱體和斜面反射鏡座用螺釘相連。
所說的水冷空心圓柱體主體中心為一大圓柱形通孔，作為光束通道；在圓柱體主體端面開有5個直孔，左側(cè)3個，右側(cè)2個，其中左側(cè)兩邊的2個直孔為送粉通道，中間的孔為保護(hù)氣體通道；右側(cè)的2個孔底部相連，為冷卻水回路通道；所說的空心錐形粉嘴自右上至左下開4個斜錐孔，中間的大斜錐孔為光束通道，左上部的3個小斜錐孔的入口分別與空心圓柱體左側(cè)的3個直孔的出口對應(yīng)，其中兩邊的2個小斜錐孔為粉末通道，其出口呈匯聚狀，使噴出的粉末匯聚成一束粉流，中間的小斜錐孔為閉環(huán)氣體通道；所說的斜面反射鏡座為斜面柱體，斜面上安置反射鏡，其斜面角度保證從圓柱體空心垂直入射的激光束經(jīng)反射鏡反射后能從空心錐形粉嘴的中間大斜錐孔出去。斜面反射鏡座底部挖一孔腔，為水冷卻通道。
所說的上體由外螺紋套筒和套于其內(nèi)的活動內(nèi)螺紋套筒組成；該外螺紋套筒為整個噴嘴與激光加工工作頭的聯(lián)接件，外螺紋套筒和內(nèi)螺紋套筒組成光束離焦量即光斑大小和熔覆道寬度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。
中間體為兩端不同直接的圓筒體，一端直徑與上體相同，一端直徑與下體相同。上體和中間體之間采用扣瓣聯(lián)接，該扣瓣的扣固定在上體外螺紋套筒的下端，瓣固定在中間體的一端，構(gòu)成本噴嘴的分體結(jié)構(gòu)和垂直裝卸功能。所說上體內(nèi)螺紋套筒下端可有一個凸臺，中間體的上端有一個凹槽，安裝時由它們實現(xiàn)精確定位。中間體和下體用螺紋連接。
所說的水冷空心圓柱體主體中心大圓柱形通孔、斜面反射鏡和空心錐形粉嘴中間大斜錐孔構(gòu)成匯聚激光束通道和軸向保護(hù)氣通道；所說的水冷空心圓柱體主體左側(cè)兩邊的2個直孔和空心錐形粉嘴左上部兩邊的2個小斜錐孔構(gòu)成兩路匯聚粉末流通道；所說的水冷空心圓柱體主體左側(cè)中間的1個直孔和空心錐形粉嘴左上部中間的1個小斜錐孔構(gòu)成另一路保護(hù)氣體通道；所說的水冷空心圓柱體主體右側(cè)的2個底部相通的直孔構(gòu)成主體冷卻水通道；所說的斜面反射鏡座底部孔腔為反射鏡冷卻水通道。
本發(fā)明的功能及特點如下(1)本發(fā)明噴嘴主體由水冷空心圓柱體主體、位于圓柱體底部的斜面水冷反射鏡座和反射鏡以及位于左下部的空心錐形粉嘴組成。水冷空心圓柱體主體中心大圓柱形通孔、斜面反射鏡和空心錐形粉嘴中間大斜錐孔構(gòu)成匯聚激光束通道，并由斜面反射鏡形成入射聚焦激光束的折彎功能；水冷空心圓柱體主體左側(cè)兩邊的2個直孔和空心錐形粉嘴左上部兩邊的2個對應(yīng)小斜錐孔構(gòu)成兩路匯聚粉末流通道，并由空心錐形粉嘴左上部的小斜錐孔形成粉末流的折彎和匯聚功能；折彎聚焦激光束與折彎匯聚粉末流匯聚于噴嘴外一空間點，形成本噴嘴的垂直面送粉激光熔覆功能；(2)本發(fā)明噴嘴特別采用兩路對稱送粉結(jié)構(gòu)，由水冷空心圓柱體主體左側(cè)兩邊的2個直孔和空心錐形粉嘴左上部兩邊的2個對應(yīng)小斜錐孔構(gòu)成，兩路對稱粉末流由各自的小斜錐孔匯聚并相交于聚焦光束焦點，確保了垂直面送粉激光熔覆各方向的送粉均勻性和熔覆均勻性；(3)本發(fā)明噴嘴采用雙路水冷卻結(jié)構(gòu)，分別由水冷空心圓柱體主體右側(cè)的2個底部相通的直孔構(gòu)成主體冷卻水通道和斜面反射鏡座底部的孔腔構(gòu)成反射鏡冷卻水通道，確保了本發(fā)明噴嘴主體各關(guān)鍵構(gòu)件的良好冷卻和長時間穩(wěn)定工作；(4)本發(fā)明噴嘴采用雙路保護(hù)氣結(jié)構(gòu)，分別由水冷空心圓柱體主體中心大圓柱形通孔、斜面反射鏡和空心錐形粉嘴中間大斜錐孔構(gòu)成軸向保護(hù)氣通道以及由水冷空心圓柱體主體左側(cè)中間的1個直孔和空心錐形粉嘴左上部中間的1個對應(yīng)小斜錐孔構(gòu)成另一路保護(hù)氣體通道，確保了斜面反射鏡的良好防污染和濺射氣體保護(hù)以及激光熔覆熔池的良好惰性氣體保護(hù)；(5)本發(fā)明噴嘴上體采用雙層螺紋套筒結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)兩螺紋套筒的相對位置即可實現(xiàn)激光束離焦量的無級調(diào)節(jié)，也即匯聚粉末處激光束光斑大小和熔覆道寬度的無級調(diào)節(jié)；(6)本發(fā)明噴嘴采用上體和中間體分體結(jié)構(gòu)，上體以可更換的螺紋活動筒的內(nèi)螺紋實現(xiàn)與各種激光加工工作頭的過渡聯(lián)接。只要改變其直徑和螺距，本噴嘴即可方便地與任何激光加工工作頭實現(xiàn)連接。上體與中間體之間采用扣瓣聯(lián)接，實現(xiàn)垂直裝卸功能及精確定位。
(7)本發(fā)明噴嘴采用一粉末均分器將輸入粉末流均勻分成兩路，連接到噴嘴下主體空心圓柱體左側(cè)的兩個粉末流入口。
本發(fā)明噴嘴的適用領(lǐng)域為內(nèi)側(cè)和外側(cè)垂直面送粉激光熔覆和激光合金化、預(yù)置粉激光熔覆和激光合金化、激光重熔和激光相變硬化等廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。
本發(fā)明設(shè)計出一種針對垂直面激光熔覆的雙路對稱送粉的可調(diào)寬度的垂直裝卸的分體式送粉噴嘴，其實施例結(jié)合


如下本實施例的主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。本發(fā)明垂直面送粉激光熔覆噴嘴，由相互聯(lián)接的上體、中間體和下體三部分組成；噴嘴上體由內(nèi)螺紋套筒11和外螺紋套筒12組成；噴嘴中間體21為過渡連接構(gòu)件；噴嘴下體由水冷空心圓柱體主體31、斜面水冷反射鏡座33和反射鏡34以及空心錐形粉嘴36組成。上體和中間體采用扣瓣聯(lián)接，形成垂直裝卸功能。內(nèi)螺紋套筒11為整個噴嘴與激光加工工作頭的聯(lián)接件，外螺紋套筒12和內(nèi)螺紋套筒11組成離焦量和光斑大小調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。斜面反射鏡座33設(shè)置在空心圓柱體主體31的底部并與其相連，其上為反射鏡34；空心錐形粉嘴36設(shè)置在空心圓柱體31的左下部并同時與圓柱體31和斜面反射鏡座33相連。
水冷空心圓柱體主體31的中心大圓柱形通孔41、斜面反射鏡34和空心錐形粉嘴36的中間大斜錐孔42構(gòu)成匯聚折彎激光束通道和軸向保護(hù)氣通道；水冷空心圓柱體主體31左側(cè)兩邊的2個直孔43和空心錐形粉嘴36左上部兩邊的2個小斜錐孔44構(gòu)成兩路匯聚折彎粉末流通道；水冷空心圓柱體主體31左側(cè)中間的1個直孔48和空心錐形粉嘴左上部中間的1個小斜錐孔49構(gòu)成另一路保護(hù)氣體通道；水冷空心圓柱體主體31右側(cè)的2個底部相通46的直孔45構(gòu)成主體冷卻水通道；斜面反射鏡座36底部孔腔47為反射鏡冷卻水通道。
本實施例的功能及特點(1)本實施例主體包括水冷空心圓柱體主體31、位于圓柱體底部的斜面水冷反射鏡座33和反射鏡34以及位于左下部的空心錐形粉嘴36組成。水冷空心圓柱體主體中心大圓柱形通孔41、斜面反射鏡34和空心錐形粉嘴36中間大斜錐孔42構(gòu)成匯聚激光束通道，并由斜面反射鏡34形成入射聚焦激光束的折彎功能；水冷空心圓柱體主體31左側(cè)兩邊的2個直孔43和空心錐形粉嘴左上部兩邊的2個對應(yīng)小斜錐孔44構(gòu)成兩路匯聚粉末流通道，并由空心錐形粉嘴左上部的小斜錐孔44形成粉末流的折彎和匯聚功能；折彎聚焦激光束與折彎匯聚粉末流匯聚于噴嘴外一空間點，形成本噴嘴的垂直面送粉激光熔覆功能；(2)本實施例特別采用兩路對稱送粉結(jié)構(gòu)，由水冷空心圓柱體主體31左側(cè)兩邊的2個直孔43和空心錐形粉嘴左上部兩邊的2個對應(yīng)小斜錐孔44構(gòu)成，兩路對稱粉末流由各自的小斜錐孔44匯聚并相交于聚焦光束焦點，確保了垂直面送粉激光熔覆各方向的送粉均勻性和熔覆均勻性；
(3)本實施例采用雙路水冷卻結(jié)構(gòu)，分別由水冷空心圓柱體主體31右側(cè)的2個底部相通46的直孔45構(gòu)成主體冷卻水通道和斜面反射鏡座33底部的孔腔47構(gòu)成反射鏡冷卻水通道，確保了本發(fā)明噴嘴主體各關(guān)鍵構(gòu)件的良好冷卻和長時間穩(wěn)定工作；(4)本實施例采用雙路保護(hù)氣結(jié)構(gòu)，分別由水冷空心圓柱體主體31中心大圓柱形通孔41、斜面反射鏡34和空心錐形粉嘴36中間大斜錐孔42構(gòu)成軸向保護(hù)氣通道以及由水冷空心圓柱體主體31左側(cè)中間的1個直孔48和空心錐形粉嘴左上部中間的1個對應(yīng)小斜錐孔49構(gòu)成另一路保護(hù)氣體通道，確保了斜面反射鏡的良好防污染和濺射氣體保護(hù)以及激光熔覆熔池的良好惰性氣體保護(hù)；(5)本實施例上體采用雙層螺紋套筒11和12結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)兩螺紋套筒的相對位置即可實現(xiàn)激光束離焦量的無級調(diào)節(jié)，也即匯聚粉末處激光束光斑大小和熔覆道寬度的無級調(diào)節(jié)；(6)本實施例采用上體和中間體分體結(jié)構(gòu)，上體以可更換的螺紋活動筒11的內(nèi)螺紋實現(xiàn)與各種激光加工工作頭的過渡聯(lián)接。只要改變其直徑和螺距，本噴嘴即可方便地與任何激光加工工作頭實現(xiàn)連接。上體與中間體21之間采用扣瓣聯(lián)接，實現(xiàn)垂直裝卸功能及精確定位。
(7)本發(fā)明噴嘴采用一粉末均分器將輸入粉末流均勻分成兩路，連接到噴嘴下主體空心圓柱體左側(cè)的兩個粉末流入口。
權(quán)利要求
1.一種垂直面送粉激光熔覆噴嘴，其特征是由相互聯(lián)結(jié)的上體、中間體和下體三部分組成，所說的下體包括水冷空心圓柱體主體、斜面水冷反射鏡座和反射鏡以及空心錐形粉嘴組成；其中，所說的斜面反射鏡座設(shè)置在空心圓柱體主體底部并與其相連，其上安置反射鏡；所說的空心錐形粉嘴設(shè)置在空心圓柱體左下部并同時與圓柱體和斜面反射鏡座用螺釘相連；所說的水冷空心圓柱體主體中心為一大圓柱形通孔，作為光束通道；在圓柱體主體端面開有5個直孔，左側(cè)3個，右側(cè)2個，其中左側(cè)兩邊的2個直孔為送粉通道，中間的孔為保護(hù)氣體通道；右側(cè)的2個孔底部相連，為冷卻水回路通道；所說的空心錐形粉嘴自右上至左下開4個斜錐孔，中間的大斜錐孔為光束通道，左上部的3個小斜錐孔的入口分別與空心圓柱體左側(cè)的3個直孔的出口對應(yīng)，其中兩邊的2個小斜錐孔為粉末通道，其出口呈匯聚狀，使噴出的粉末匯聚成一束粉流，中間的小斜錐孔為閉環(huán)氣體通道；所說的斜面反射鏡座為斜面柱體，斜面上安置反射鏡，其斜面角度保證從圓柱體空心垂直入射的激光束經(jīng)反射鏡反射后能從空心錐形粉嘴的中間大斜錐孔出去；斜面反射鏡座底部挖一孔腔，為水冷卻通道；所說的上體由外螺紋套筒和套于其內(nèi)的活動內(nèi)螺紋套筒組成；該外螺紋套筒為整個噴嘴與激光加工工作頭的聯(lián)接件，外螺紋套筒和內(nèi)螺紋套筒組成光束離焦量即光斑大小和熔覆道寬度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；中間體為兩端不同直接的圓筒體，一端直徑與上體相同，一端直徑與下體相同；上體和中間體之間采用扣瓣聯(lián)接，該扣瓣的扣固定在上體外螺紋套筒的下端，瓣固定在中間體的一端，構(gòu)成本噴嘴的分體結(jié)構(gòu)和垂直裝卸功能；所說上體內(nèi)螺紋套筒下端可有一個凸臺，中間體的上端有一個凹槽，安裝時由它們實現(xiàn)精確定位；中間體和下體用螺紋連接。
全文摘要
一種垂直面送粉激光熔覆噴嘴，屬激光材料加工領(lǐng)域。本噴嘴由上體，中間體和下體三部分組成。本噴嘴采用雙路對稱送粉結(jié)構(gòu)，確保垂直面送粉各方向的均勻性；采用雙路保護(hù)氣結(jié)構(gòu)，確保激光熔覆熔池的良好惰性氣體保護(hù)。本噴嘴適用于內(nèi)側(cè)和外側(cè)垂直面送粉激光熔覆和激光和合金化等領(lǐng)域。
文檔編號C23C24/08GK1390649SQ0212364
公開日2003年1月15日 申請日期2002年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月5日
發(fā)明者鐘敏霖, 劉文今, 李鳳生 申請人:清華大學(xué)