專利名稱：用于激光熔覆的雙保護(hù)氣體螺旋形氣粉通道預(yù)混合式噴頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于激光熔覆的雙保護(hù)氣體螺旋形氣粉通道預(yù)混合式噴頭，屬于激光熔覆領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
激光熔覆即高能激光表面熔覆，其物理過程為，在高能激光光束的照射下，基材表面被迅速融化，液態(tài)的金屬形成一個小規(guī)模的熔池，在這個熔池中，原本的金屬材料與被添加的粉末相互混合，形成一層新的液態(tài)金屬層，待激光光束經(jīng)過以后，熔池的溫度降低，液態(tài)金屬迅速冷卻，在金屬表面形成一層新的固態(tài)熔覆層。激光熔覆可極大的改變該關(guān)鍵部位的金屬性能，如硬度、耐磨性、耐熱性、抗腐蝕性等。當(dāng)今工業(yè)界在激光熔覆應(yīng)用上的主要送粉技術(shù)為旁軸噴粉，但由于旁軸噴粉屬于分體式噴頭，需要兩個噴頭同時協(xié)作，非常不利于復(fù)雜表面的加工，因此同軸化噴粉成為新的發(fā)展方向。近年來，在同軸化噴粉的基礎(chǔ)上，保護(hù)氣體也被加入同軸化設(shè)計，產(chǎn)生了粉末噴射、保護(hù)氣體一體化同軸的技術(shù)。如附圖1顯示了一種噴粉、保護(hù)氣體一體化同軸的噴頭。然而在國際上，由于一體化同軸噴頭的設(shè)計尚未完善，因此該技術(shù)還有很長的一段發(fā)展期。如附圖1中的一體化同軸噴頭，它具有開設(shè)在該噴頭的中央的激光通道2、開設(shè)在激光通道2周圍的多個粉末通道3、開設(shè)在粉末通道3外圍的氣體通道4，激光通道2、粉末通道3和氣體通道4均相對獨立，互不連通。激光、粉末、保護(hù)氣體從各自通道噴射出噴頭后匯聚在一起并在待熔覆的加 工件表面進(jìn)行熔覆。為了提高熔覆效果，在熔覆過程中可使用雙重保護(hù)氣體，而現(xiàn)有的噴頭無法滿足同時使用兩種保護(hù)氣體。另外，如附圖1中所示，現(xiàn)有技術(shù)中的粉末通道3和氣體通道4均為直通道，繞激光通道2的中心軸均勻分布，由于受到噴頭尺寸的限制，直通道的傾斜角度有限，因此造成粉末流和氣體流最小匯聚點到噴頭底端的距離較遠(yuǎn)，粉末和保護(hù)氣體混合后的粉末流場密度小、不均勻，從而影響熔覆效果，激光熔池的張力、熔融比例、熔覆高度等一系列熔覆結(jié)果都難以得到控制。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種用于激光熔覆的雙保護(hù)氣體螺旋形氣粉通道預(yù)混合式噴頭。為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種用于激光熔覆的雙保護(hù)氣體螺旋形氣粉通道預(yù)混合式噴頭，它具有開設(shè)在該噴頭中央的上下貫穿噴頭的中央通道，中央通道的底部呈漏斗形，噴頭上開設(shè)有多個一端與中央通道相連通另一端與第一保護(hù)氣體添加裝置相連接的氣體入口，在中央通道的壁與噴頭的外壁之間開設(shè)有多個上端與粉末添加裝置相連接的粉末通道、多個上端與第二保護(hù)氣體添加裝置相連接的氣體通道、位于粉末通道和氣體通道下方的混合通道，混合通道的上端與粉末通道下端和氣體通道下端相連通，混合通道的下端貫穿噴頭下表面，混合通道呈漏斗形，且其垂直于中央通道中心軸的截面為環(huán)形，粉末通道和氣體通道均呈螺旋形，且二者彼此間隔排列并繞中央通道的中心軸均勻分布，多個氣體入口位于保護(hù)鏡片的下方。進(jìn)一步地，粉末通道的上端口為粉末通道的入口，氣體通道的上端口為氣體通道的入口，多個粉末通道的入口的中心點在同一水平面上，設(shè)為第一平面，多個氣體通道的入口的中心點在同一水平面上，設(shè)為第二平面，第一平面與第二平面可以重合，也可以不重
口 ο更進(jìn)一步地，當(dāng)粉末通道的入口和氣體通道的入口尺寸相同時，設(shè)入口的直徑為Cl1，則相鄰的粉末通道與氣體通道的入口中心點的間距大于等于4屯；當(dāng)粉末通道的入口和氣體通道的入口尺寸不同時，設(shè)其中較大的入口的直徑為d，則相鄰的粉末通道與氣體通道的入口中心點的間距大于等于4d。進(jìn)一步地，粉末通道和氣體通道的旋轉(zhuǎn)角位移為170° 280°。更進(jìn)一步地，粉末通道和氣體通道的入口處的尺寸大于出口處的尺寸。進(jìn)一步地，混合通道在中央通道中心軸方向上的高度為5cm 8cm。更進(jìn)一步地，混合通道的中心軸與中央通道的中心軸相重合。進(jìn)一步地，多個氣體入口繞中央通道的中心軸均勻分布。更進(jìn)一步地，氣體入口與中央通道的連接處與混合通道的上端在豎直方向上的距離大于等于5cm。本發(fā)明用于激光熔覆的雙保護(hù)氣體螺旋形氣粉通道預(yù)混合式噴頭，與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有以下優(yōu)點`
1、增設(shè)氣體入口，從氣體入口通入第一保護(hù)氣體，從氣體通道通入第二保護(hù)氣體，實現(xiàn)了兩種保護(hù)氣體的同時使用，以提高熔覆效果，同時從氣體入口通入中央通道的保護(hù)氣體可在中央通道內(nèi)先形成風(fēng)向穩(wěn)定的流動風(fēng)，噴出噴頭后與粉末混合更加充分；
2、將傳統(tǒng)的直線型粉末通道和保護(hù)氣體通道設(shè)計成多道螺旋狀通道，粉末與保護(hù)氣體從多道螺旋狀通道中噴射而出，使粉末流和保護(hù)氣體流與激光束中心軸之間的夾角角度變大；
3、增設(shè)混合通道，使粉末和第二保護(hù)氣體在混合通道底端的環(huán)形開槽中充分混合，可使二者混合更加均勻，在粉末與氣體噴射出噴頭之后，形成的粉末流場在繞軸向360°內(nèi)呈完全對稱分布；
4、流場整體均勻性大大提高，粉末流場更加集中、密度增大，并縮短了的粉末流和氣體流匯聚成的粉末流場的最小匯聚點與噴頭底端的距離，使粉末流場中合金粉末的密度均勻性比上一代噴頭提高30%以上，進(jìn)而改善了激光熔池的張力、熔融比例、熔覆高度等一系列
熔覆結(jié)果。


附圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的噴頭的剖面結(jié)構(gòu)示意 附圖2為本發(fā)明用于激光熔覆的雙保護(hù)氣體螺旋形氣粉通道預(yù)混合式噴頭的剖面結(jié)構(gòu)示意 附圖3為本發(fā)明用于激光熔覆的雙保護(hù)氣體螺旋形氣粉通道預(yù)混合式噴頭的A-A剖面圖。
圖中標(biāo)號為1、噴頭；2、激光通道；3、粉末通道；4、氣體通道；5、激光頭；6、激光束；7、加工件基材；8、熔覆層；9、保護(hù)鏡片；10、第一腔；11、第二腔；12、聚焦鏡片；13、混合通道；14、氣體入□。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的較佳實施范例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對本發(fā)明的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。從附圖2至附圖3的結(jié)構(gòu)示意圖可以看出，本實施范例提供了一種用于激光熔覆的雙保護(hù)氣體螺旋形氣粉通道預(yù)混合式噴頭，它具有開設(shè)在該噴頭I中央的上下貫穿噴頭I的中央通道，中央通道的底部呈漏斗形，噴頭I上開設(shè)有多個一端與中央通道相連通另一端與第一保護(hù)氣體添加裝置相連接的氣體入口 14，在中央通道的壁與噴頭I的外壁之間開設(shè)有多個上端與粉末添加裝置相連接的粉末通道3、多個上端與第二保護(hù)氣體添加裝置相連接的氣體通道4、位于粉末通道3和氣體通道4下方的混合通道13，混合通道13的上端與粉末通道3下端和氣體通道4下端相連通，混合通道13的下端貫穿噴頭I下表面，混合通道13呈漏斗形，且其垂直于中央通道中心軸的截面為環(huán)形，粉末通道3和氣體通道4均呈螺旋形，且二者彼此間隔排列并繞中央通道的中心軸均勻分布，多個氣體入口 14位于保護(hù)鏡片9的下方。從氣體入口 14通入第一保護(hù)氣體，從氣體通道4通入第二保護(hù)氣體。附圖2中的粉末通道3和氣體通道4，由于粉末通道3和氣體通道4彼此間隔均勻分布，所以附圖2中只各畫出一條以作示例說明，其余的省略未畫出。

粉末通道3的入口和氣體通道4的入口位于保護(hù)鏡片9的下方。多個粉末通道3的入口的中心點在同一水平面上，設(shè)為第一平面，多個氣體通道4的入口的中心點在同一水平面上，設(shè)為第二平面，如果噴頭I直徑較大，第一平面和第二平面可以重合，在噴頭I直徑較小的情況下，第一平面和第二平面可以不重合。當(dāng)粉末通道3的入口和氣體通道4的入口尺寸相同時，設(shè)入口的直徑為Cl1，則相鄰的粉末通道3與氣體通道4的入口中心點的間距大于等于4屯；當(dāng)粉末通道3的入口和氣體通道4的入口尺寸不同時，設(shè)其中較大的入口的直徑為d2，則相鄰的粉末通道3與氣體通道4的入口中心點的間距大于等于4d2。粉末通道3和氣體通道4的旋轉(zhuǎn)角位移為170° 280°，角位移大小取決于通道的入口至噴頭低端的垂直長度，角位移過大會造成粉末和保護(hù)氣體在通道內(nèi)流動不暢，尤其粉末，可能造成堵塞，而角位移過小則對現(xiàn)有技術(shù)改善效果不明顯。粉末通道3和氣體通道4的入口處的尺寸大于出口處的尺寸，以增加粉末和第二保護(hù)氣體噴射出噴頭時的壓力。粉末通道3和氣體通道4的數(shù)量相同，各優(yōu)選為3 5條。中央通道包括位于第一腔10和位于第一腔10下方并與第一腔10相連通的第二腔11，中央通道的第一腔10與第二腔11的軸心線相重合，第一腔10的為圓柱形或漏斗形，且第一腔10的底端口徑小于等于第二腔11的頂端口徑。第二腔11呈漏斗形，一方面防止粉末從第二腔11底端口進(jìn)入中央通道，另一方面縮小保護(hù)氣體噴出時的噴射范圍。
氣體入口 14的一端與第一保護(hù)氣體填充裝置相連接，另一端與第一腔10相連通。氣體入口 14的數(shù)量優(yōu)選為3或4個，氣體入口 14位于保護(hù)鏡片9的下方，以防止粉末污染保護(hù)鏡片9。多個氣體入口 14繞第一腔10的中心軸均勻分布，以使保護(hù)氣體在中央通道內(nèi)形成風(fēng)向穩(wěn)定的流動風(fēng)。氣體入口 14與中央通道的連接處與混合通道13的上端在豎直方向上的距離大于等于5cm，以保證保護(hù)氣體從中央通道噴出前在其內(nèi)形成風(fēng)向穩(wěn)定的流動風(fēng)，進(jìn)而確保粉末不被沖進(jìn)中央通道，同時也可保證第二保護(hù)氣體從中央通道噴射出后與粉末充分混合。需要說明的是，本實施例中的氣體入口 14與中央通道的第一腔10相連通，如能保證上述的5cm的距離，氣體入口 14也可開設(shè)在于第二腔11相連通。激光頭5發(fā)出激光束6，激光束6經(jīng)過聚焦鏡片12和保護(hù)鏡片9進(jìn)入中央通道的第一腔10，經(jīng)過第二腔11射出噴頭I并到達(dá)待熔覆的加工件基材表面?；旌贤ǖ?3的中心軸與中央通道的中心軸相重合，混合通道13在中央通道中心軸方向上的高度為5cm 8cm，如果該高度過小粉末不能充分混合，如果低于該高度過高一方面會影響混合通道13的傾斜角度，進(jìn)而影響粉末流場的最小匯聚點與噴頭底端的距離，另一方面粉末的消耗量會較大。激光頭5發(fā)出激光束6，激光束6經(jīng)過聚焦鏡片12和保護(hù)鏡片9進(jìn)入中央通道，第一保護(hù)氣體從氣體入口 14進(jìn)入中央通道，粉末和第二保護(hù)氣體分別從粉末通道3和氣體通道4噴射進(jìn)入混合通道13進(jìn)行混合，再從混合通道13底端的環(huán)形口噴射出噴頭并與第一保護(hù)氣體相混合形成粉末流場，激光、保護(hù)氣體、粉末共同到達(dá)待熔覆的加工件表面。上述實施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實質(zhì)所作的等效變化或修 飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于激光熔覆的雙保護(hù)氣體螺旋形氣粉通道預(yù)混合式噴頭，其特征在于它具有開設(shè)在該噴頭(I)中央的上下貫穿噴頭(I)的中央通道，所述的中央通道的底部呈漏斗形，所述噴頭(I)上開設(shè)有多個一端與所述中央通道相連通另一端與第一保護(hù)氣體添加裝置相連接的氣體入口(14)，在中央通道的壁與噴頭(I)的外壁之間開設(shè)有多個上端與粉末添加裝置相連接的粉末通道(3)、多個上端與第二保護(hù)氣體添加裝置相連接的氣體通道(4)、位于所述粉末通道(3)和氣體通道(4)下方的混合通道(13)，所述混合通道(13)的上端與粉末通道(3)下端和氣體通道(4)下端相連通，所述混合通道(13)的下端貫穿噴頭(I)下表面，所述的混合通道(13)呈漏斗形，且其垂直于所述中央通道中心軸的截面為環(huán)形，所述的粉末通道(3)和氣體通道(4)均呈螺旋形，且二者彼此間隔排列并繞中央通道的中心軸均勻分布，所述的多個氣體入口(14)位于保護(hù)鏡片(9)的下方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于激光熔覆的雙保護(hù)氣體螺旋形氣粉通道預(yù)混合式噴頭，其特征在于所述的多個粉末通道(3)的入口的中心點在同一水平面上，所述的多個氣體通道(4)的入口的中心點在同一水平面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于激光熔覆的雙保護(hù)氣體螺旋形氣粉通道預(yù)混合式噴頭，其特征在于當(dāng)所述的粉末通道(3)的入口和氣體通道(4)的入口尺寸相同時，設(shè)入口的直徑為Cl1，則所述的相鄰的粉末通道(3)與氣體通道(4)的入口中心點的間距大于等于4屯；當(dāng)所述的粉末通道(3)的入口和氣體通道(4)的入口尺寸不同時，設(shè)其中較大的入口的直徑為d2，則所述的相鄰的粉末通道(3)與氣體通道(4)的入口中心點的間距大于等于4d2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于激光熔覆的雙保護(hù)氣體螺旋形氣粉通道預(yù)混合式噴頭，其特征在于所述的粉末通道(3)和氣體通道(4)的旋轉(zhuǎn)角位移為170° 280°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于激光熔覆的雙保護(hù)氣體螺旋形氣粉通道預(yù)混合式噴頭，其特征在于所述粉末通道(3)和氣體通道(4)的入口處的尺寸大于出口處的尺寸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于激光熔覆的雙保護(hù)氣體螺旋形氣粉通道預(yù)混合式噴頭，其特征在于所述的混合通道(13)在所述中央通道中心軸方向上的高度為5cm 8cm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于激光熔覆的雙保護(hù)氣體螺旋形氣粉通道預(yù)混合式噴頭，其特征在于所述的混合通道(13)的中心軸與所述中央通道的中心軸相重合。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于激光熔覆的雙保護(hù)氣體螺旋形氣粉通道預(yù)混合式噴頭，其特征在于所述的多個氣體入口(14)繞所述中央通道的中心軸均勻分布。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于激光熔覆的雙保護(hù)氣體螺旋形氣粉通道預(yù)混合式噴頭，其特征在于所述的氣體入口(14)與中央通道的連接處與混合通道(13)的上端在豎直方向上的距離大于等于5cm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于激光熔覆的雙保護(hù)氣體螺旋形氣粉通道預(yù)混合式噴頭，它具有開設(shè)在該噴頭中央的上下貫穿噴頭的中央通道，噴頭上開設(shè)有多個一端與中央通道相連通另一端與第一保護(hù)氣體添加裝置相連接的氣體入口，在中央通道的壁與噴頭的外壁之間開設(shè)有多個粉末通道、多個與第二保護(hù)氣體添加裝置相連接的氣體通道、位于粉末通道和氣體通道下方的混合通道，混合通道的上端與粉末通道下端和氣體通道下端相連通，粉末通道和氣體通道均呈螺旋形，且二者彼此間隔排列并繞中央通道的中心軸均勻分布，多個氣體入口位于保護(hù)鏡片的下方。流場整體均勻性大大提高，粉末流場更加集中、密度增大，改善了激光熔池的張力、熔融比例、熔覆高度等一系列熔覆結(jié)果。
文檔編號C23C24/10GK103046045SQ20131000416
公開日2013年4月17日 申請日期2013年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月7日
發(fā)明者張翀昊, 柳岸敏, 黃佳欣, 黃和芳, 張祖洪, 楊健 申請人:張翀昊