激光熔覆送粉噴嘴的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種激光熔覆送粉噴嘴,包括噴嘴主體、用于裝夾在激光系統(tǒng)上的連接柱和中間板。所述噴嘴主體和所述連接柱連接，所述連接柱內(nèi)有貫穿上下的通孔。所述噴嘴主體設(shè)有進粉通道、水冷通道、出氣通道和下粉槽；所述中間板和所述下粉槽形成下粉通道，所述進粉通道頂端與所述通孔連通、底端與所述下粉通道連通，所述水冷通道設(shè)置在所述噴嘴主體底板和下粉通道之間，所述出氣通道設(shè)置在所述下粉通道的上方。通過所述進粉通道、所述下粉通道、所述水冷通道和所述出氣通道的結(jié)構(gòu)組合，本實用新型在激光熔覆過程中能迅速有效的冷卻送粉噴嘴、延長送粉噴嘴的使用壽命，保護熔覆層、減小甚至去除飛濺和火焰來避免損傷激光儀器。
【專利說明】激光熔覆送粉噴嘴

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及化學鍍覆裝置領(lǐng)域，具體涉及一種激光熔覆送粉噴嘴。

【背景技術(shù)】
[0002] 激光熔覆是一種新的表面改性技術(shù)，其通過在基材表面添加熔覆材料，并利用高 能密度的激光束使之與基材表面薄層一起熔凝的方法，在基層表面形成與其為冶金結(jié)合的 添料熔覆層。與堆焊、噴涂、電鍍、氣相沉積等表面改性方式相比，激光熔覆具有稀釋度小、 組織致密、涂層與基體結(jié)合好、適合熔覆材料多、粒度及含量變化大等特點，因此激光熔覆 技術(shù)應(yīng)用前景十分廣闊。激光熔覆分為預置式激光熔覆和同步式激光熔覆，目前激光熔覆 系統(tǒng)主要采用的是側(cè)向同步送粉法，即將金屬粉末作為熔覆材料直接送入激光束中，使供 料和熔覆同時完成。因為此項技術(shù)以金屬粉末為原料，采用大功率、高能量的激光束作為熱 源，在送粉的同時采用激光燒結(jié)、從而使金屬粉末快速熔化凝固成型；而成型質(zhì)量的好壞， 不僅和材質(zhì)特性和激光工藝參數(shù)有關(guān)，更取決于落入熔池內(nèi)粉末的均勻性。傳統(tǒng)的側(cè)向同 步送粉工藝是從激光束一側(cè)通過單粉道把金屬粉末送到基體，而導致熔覆層的橫截面積呈 橢圓弧形，嚴重影響了其平整性。其次，在熔覆過程中，由于距離熔池很近，送粉噴嘴受到的 熱輻射很大，嚴重縮短了其壽命。并且貴重的高功率半導體激光儀器也會因為激光熔覆過 程中產(chǎn)生火焰和飛濺遭受損害。
[0003] 為解決上述問題的，中國專利201020547283. 9提供了一種便于冷卻的激光熔覆 噴嘴，其噴嘴芯內(nèi)設(shè)有光束通道、送粉通道及由光束通道外周和各送粉通道外周之間形成 的冷卻腔體；該噴嘴芯的上端開有與送粉通道連通的進粉口和與冷卻腔體連通的出水口、 下端開有與送粉通道連通的出粉口和與冷卻腔體連通的進水口。該激光熔覆噴嘴采用降 水注入冷卻腔體的方法冷卻自身溫度、從出粉口到送粉口逐漸變小的方法來提高出粉均勻 度。但由于該激光熔覆噴嘴為錐形，導致其最下方、溫度最高處周圍的冷卻腔體體積最小， 不能容納足夠的水，無法達到冷卻效果。而且該激光熔覆噴嘴在非垂直送粉的情況下，由于 重力原因、粉末下落的速度不同很難保證每個出粉口流出的粉末都一致；出粉口到送粉口 逐漸變小這一結(jié)構(gòu)也會限制粉末流量，不利于提高融覆速度。而且該激光熔覆噴嘴結(jié)構(gòu)相 對復雜、增加了制作難度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本實用新型需要解決的現(xiàn)有技術(shù)的問題是：現(xiàn)有技術(shù)中的激光熔覆過程送，送粉 裝置不能夠均勻送粉、并會受到熱輻射的損害，還會產(chǎn)生能火焰和飛濺。
[0005] 具體來說，本實用新型提出了如下技術(shù)方案。
[0006] 本實用新型提供一種激光熔覆送粉噴嘴，包括噴嘴主體、用于裝夾在激光系統(tǒng)上 的連接柱，所述噴嘴主體（1)和所述連接柱（2)連接，所述連接柱（2)內(nèi)有貫穿上下的通孔 (18)。所述激光熔覆送粉噴嘴還包括中間板（3)。所述噴嘴主體（1)設(shè)有水冷通道（7)、下 粉通道（6)、出氣通道（8)和下粉槽（15);所述中間板（3)和所述下粉槽（15)形成下粉通道 (6 )，所述進粉通道（5 )頂端與所述通孔（18 )連通、底端與所述下粉通道（6 )連通，所述水冷 通道（7)設(shè)置在所述噴嘴主體底板（10)和下粉通道（6)之間，所述出氣通道（8)設(shè)置在所 述下粉通道（6)的上方。
[0007] 優(yōu)選的是，所述下粉通道（6)上設(shè)置有分流凸臺（16)。
[0008] 優(yōu)選的是，所述出氣通道（8)設(shè)有進氣孔（9)和通氣槽。
[0009] 優(yōu)選的是，所述進粉通道（5)和所述下粉槽（15)相切，所述分流凸臺（16)設(shè)置在 所述下粉槽（15 )上，所述下粉槽（15 )從后到前具有坡度，其厚度由厚變薄。
[0010] 優(yōu)選的是，上端蓋（4)和所述中間板（3)固定安裝在所述噴嘴主體（1)上形成所 述出氣通道（8)。所述進氣孔（9)設(shè)置在所述上端蓋（4)上，所述通氣槽設(shè)置在所述中間板 (3)上表面上、從后到前具有坡度，其厚度由厚變薄。
[0011] 優(yōu)選的是，所述分流凸臺（16)設(shè)置在靠近所述下粉槽（15)前端的位置，形狀是對 角對稱的。
[0012] 優(yōu)選的是，所述水冷通道（7)設(shè)有進水口（13)和出水口（14)。
[0013] 優(yōu)選的是，所述連接柱（2)為圓柱體、設(shè)有外螺紋，所述連接柱（2)通過外螺紋與 所述噴嘴主體（1)相連；所述通孔（18)設(shè)置在所述連接柱（2)的中心位置。
[0014] 本實用新型的激光熔覆送粉噴嘴設(shè)置有進粉通道、水冷通道、下粉通道和出氣通 道。由于送粉器的出粉口和連接柱的通孔相連、通孔和進粉通道連通、進粉通道和出粉通道 相切連接，所以粉末從出粉口流出、通過連接柱、進粉通道、出粉通道可以暢通無損的落在 基體上。而下粉通道具有坡度、緩沖了粉末的滑行速度，使其在滑落過程中分布逐漸均勻， 下粉通道的前端厚度為1-2_。在下粉通道接近前端位置設(shè)置有至少有分流凸臺，分流凸 臺為對角對稱的多邊形，例如菱形、正方形、等腰三角形、等邊三角形、正五邊形、正六邊形 等；一個分流凸臺可以將經(jīng)過的粉末分成多等份；這些等份的多股粉末落在基體上并進行 搭接，就形成了平整的粉末層。水冷通道在送粉噴嘴的底部最接近熔池的位置，水冷通道的 進水口和出水口都和外部冷卻系統(tǒng)連接，可以吸收熔池輻射產(chǎn)生的熱量、冷卻整個送粉噴 嘴。出氣通道在送粉噴嘴的上面位置，其進氣孔和外部氣源相連，可以在送粉的同時吹出保 護氣保護熔覆層，還可以壓制熔覆過程中的飛濺和火焰、保護激光儀器。
[0015] 本實用新型的采用從上到下為進粉通道、下粉通道、水冷通道的結(jié)構(gòu)來迅速有效 的達到冷卻效果，延長了激光熔覆送粉噴嘴的使用壽命出氣通道；通過出氣通道制造保護 氣來熔覆層，同時減小熔覆過程中的飛濺和火焰，保護了激光儀器。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單、 成本低，一方面延長了噴嘴壽命，提高了送粉質(zhì)量，另一方面減小了激光熔覆時的火苗和飛 濺，保護了熔覆層和昂貴的激光儀器。
[0016] 下面結(jié)合附圖和各個【具體實施方式】，對本實用新型及其有益技術(shù)效果進行詳細說 明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1A是實施例1的結(jié)構(gòu)剖視圖；
[0018] 圖1B是實施例1在激光熔覆過程中的產(chǎn)生熔覆層的操作示意圖。
[0019] 圖2是實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 圖中，1.噴嘴主體、2.連接柱、3.中間板、4.上端蓋、5.進粉通道、6.下粉通道、 7.水冷通道、8.出氣通道、9.進氣孔、10.底板、11.熔覆層、12.基體、13.進水口、14.出水 口、15.下粉槽、16.分流凸臺、17.側(cè)板、18.通孔。

【具體實施方式】
[0021] 如上所述，本實用新型的目的在于：通過進粉通道、下粉通道、水冷通道由上到下 的結(jié)構(gòu)組合、并加配出氣通道和下粉通道的上下結(jié)構(gòu)組合，在激光熔覆過程中能迅速有效 的冷卻送粉噴嘴、延長送粉噴嘴的使用壽命，保護熔覆層、減小甚至去除飛濺和火焰來避免 損傷激光儀器。
[0022] 實施例1
[0023] 參照圖1A和圖2所述，本實用新型提供一種激光熔覆送粉噴嘴，包括噴嘴主體 1、用于裝夾在激光系統(tǒng)上的連接柱1，中間板3和上端蓋4。所述連接柱2為圓柱體、設(shè)有 外螺紋，所述連接柱2的下部通過外螺紋與所述噴嘴主體1相連；所述連接柱2內(nèi)有貫穿上 下的通孔18,所述通孔18設(shè)置在所述連接柱2的中心位置，所述通孔18上端和外接送粉器 的出粉口相連。所述噴嘴主體1設(shè)有水冷通道7、下粉通道6、出氣通道8和下粉槽15。所 述中間板3和所述下粉槽15形成下粉通道6,在靠近所述下粉槽15前端設(shè)置有2個菱形 的分流凸臺16,所述下粉槽15從后到前具有坡度，其厚度由厚變薄、前端厚度為1. 5_。所 述進粉通道5頂端與所述通孔18連通、底端與所述下粉通道6連通，且所述進粉通道5下 端口和所述下粉槽15后端相切。所述上端蓋4連接安裝在中間板3頂部，所述中間板3和 所述上端蓋4通過螺釘連接固定在所述噴嘴主體1上，所述中間板3和所述上端蓋4與所 述噴嘴主體的側(cè)板17在所述下粉槽15上方形成所述出氣通道8。所述上端蓋4上設(shè)置有 進氣孔9,所述進氣孔9和外部氣源相連。所述中間板3上表面上設(shè)置有通氣槽，所述通氣 槽從后到前具有坡度，其厚度由厚變薄、前端厚度為1.2_。所述水冷通道7設(shè)置在所述噴 嘴主體底板10和下粉通道6之間，包括進水口 13和出水口 14,所述進水口 13和出水口 14 外接冷卻系統(tǒng)。
[0024] 參照圖1A和圖1B所示，利用實施例1的激光熔覆送粉噴嘴對粉末進行激光熔覆 送粉時，首先要把送利用所述連接柱2把所述噴嘴主體1裝夾在激光熔覆系統(tǒng)上、并調(diào)整所 述激光熔覆送粉噴嘴與待加工工件基體12和激光束的距離和角度。開始進行激光熔覆時， 送粉器送出的粉末從所述連接柱2流入與之相連的所述進粉通道5、又從所述進粉通道5落 入與之相連的所述下粉通道6 ;由于下粉通道6具有一定的坡度，粉末在下粉通道6滑落時 滑行速度有所緩沖，并使其分布逐漸均勻。在粉末滑落到接近所述下粉通道6前端時會被2 個菱形的所述分流凸臺16分流成多個等份粉道。從所述下粉通道6流出的多股等份粉末 流落在基體12上并進行搭接，形成平整的粉末層。激光束照在基體12的粉末層上形成了 熔池，并產(chǎn)生了大量的輻射熱量；所述水冷通道7的所述進水口 13和所述出水口 14外接冷 卻系統(tǒng)，將低溫液體注入所述激光熔覆送粉噴嘴靠近熔池的底部，迅速冷卻噴嘴，避免其受 到熱輻射影響縮短使用壽命。外部氣源通過與其相連的所述進氣孔9將保護氣體送入出氣 通道8 ;在所述激光熔覆送粉噴嘴將粉末滑入基體17的同時，所述出氣通道6的所述通氣 槽會將所述保護氣體吹向所述熔池，來阻止熔覆層11氧化、并減小甚至除去熔池上面的火 焰和飛濺，以保護激光儀器。
[0025] 實施例2
[0026] 本實用新型提供一種激光熔覆送粉噴嘴，包括噴嘴主體1、用于裝夾在激光系統(tǒng) 上的連接柱1，中間板3和上端蓋4。所述連接柱2為圓柱體、設(shè)有外螺紋，所述連接柱2的 下部通過外螺紋與所述噴嘴主體1相連；所述連接柱2內(nèi)有貫穿上下的通孔18,所述通孔 18設(shè)置在所述連接柱2的中心位置，所述通孔18上端和外接送粉器的出粉口相連。所述 噴嘴主體1設(shè)有水冷通道7、下粉通道6、出氣通道8和下粉槽15。所述中間板3和所述下 粉槽15形成下粉通道6,在靠近所述下粉槽15前端設(shè)置有3個正方形的分流凸臺16,所述 下粉槽15從后到前具有坡度，其厚度由厚變薄、前端厚度為2mm。所述進粉通道5頂端與 所述通孔18連通、底端與所述下粉通道6連通，且所述進粉通道5下端口和所述下粉槽15 后端相切。所述上端蓋4連接安裝在中間板3頂部，所述中間板3和所述上端蓋4通過螺 釘連接固定在所述噴嘴主體1上，所述中間板3和所述上端蓋4與所述噴嘴主體的側(cè)板17 在所述下粉槽15上方形成所述出氣通道8。所述上端蓋4上設(shè)置有進氣孔9,所述進氣孔 9和外部氣源相連。所述中間板3上表面上設(shè)置有通氣槽，所述通氣槽從后到前具有坡度， 其厚度由厚變薄、前端厚度為1_。所述水冷通道7設(shè)置在所述噴嘴主體底板10和下粉通 道6之間，包括進水口 13和出水口 14,所述進水口 13和出水口 14外接冷卻系統(tǒng)。
[0027] 利用實施例2的激光熔覆送粉噴嘴對粉末進行激光熔覆送粉時，其功能、操作均 與實施例1相同。
【權(quán)利要求】
1. 一種激光熔覆送粉噴嘴，包括噴嘴主體（1)、用于裝夾在激光系統(tǒng)上的連接柱（2)， 所述噴嘴主體（1)和所述連接柱（2)連接，所述連接柱（2)內(nèi)有貫穿上下的通孔（18);其特 征在于：包括中間板（3);所述噴嘴主體（1)設(shè)有進粉通道（5)、水冷通道（7)、出氣通道（8) 和下粉槽（15);所述中間板（3)和所述下粉槽（15)形成下粉通道（6)，所述進粉通道（5)頂 端與所述通孔（18)連通、底端與所述下粉通道（6)連通，所述水冷通道（7)設(shè)置在所述噴嘴 主體底板（10)和下粉通道（6)之間，所述出氣通道（8)設(shè)置在所述下粉通道（6)的上方。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光熔覆送粉噴嘴，其中，所述下粉通道（6)上設(shè)置有分流凸 臺（16)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光熔覆送粉噴嘴，其中，所述出氣通道（8)設(shè)有進氣孔（9) 和通氣槽。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光熔覆送粉噴嘴，其中，所述出氣通道（8)設(shè)有進氣孔（9) 和通氣槽。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光熔覆送粉噴嘴，其中，所述進粉通道（5)和所述下粉槽 (15)相切，所述分流凸臺（16)設(shè)置在所述下粉槽（15)上，所述下粉槽（15)從后到前具有 坡度，其厚度由厚變薄。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光熔覆送粉噴嘴，其中，上端蓋（4)和所述中間板（3)固定 安裝在所述噴嘴主體（1)上形成所述出氣通道（8);所述進氣孔（9)設(shè)置在所述上端蓋（4) 上，所述通氣槽設(shè)置在所述中間板（3)上表面上、從后到前具有坡度，其厚度由厚變薄。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光熔覆送粉噴嘴，其中，上端蓋（4)和所述中間板（3)固定 安裝在所述噴嘴主體（1)上形成所述出氣通道（8);所述進氣孔（9)設(shè)置在所述上端蓋（4) 上，所述通氣槽設(shè)置在所述中間板（3)上表面上、從后到前具有坡度，其厚度由厚變薄。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2或4或5或7所述的激光熔覆送粉噴嘴，其中，所述分流凸臺（16) 設(shè)置在靠近所述下粉槽（15 )前端的位置，形狀是對角對稱的。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1-7所述的激光熔覆送粉噴嘴，其中，所述水冷通道（7)設(shè)有進水口 (13)和出水口（14)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1-7所述的激光熔覆送粉噴嘴，其特征在于：所述連接柱（2)為圓柱 體、設(shè)有外螺紋，所述連接柱（2)通過外螺紋與所述噴嘴主體（1)相連；所述通孔（18)設(shè)置 在所述連接柱（2)的中心位置。
【文檔編號】C23C24/10GK203999815SQ201420414532
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月25日
【發(fā)明者】王智勇, 吳翔, 尚曉京, 韓豐陽, 蔣盛林, 王智慧 申請人:北京大學工學院包頭研究院