專利名稱：一種包含導(dǎo)向保護(hù)氣流的激光熔覆同軸送粉噴嘴的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及材料加工技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種激光熔覆同軸送粉噴嘴，具體涉及 一種包含導(dǎo)向保護(hù)氣流的激光熔覆同軸送粉噴嘴。
背景技術(shù)：
激光熔覆技術(shù)是通過(guò)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 基材表面一起熔凝的方法，在基材表面形成與其為冶金結(jié)合的添料熔覆層，從而改善基體 材料表面性能的工藝方法。激光熔覆技術(shù)中最常用的是同步送粉方式，其中包括旁軸送粉 方式和同軸送粉方式。旁軸送粉方式由于粉末的出口和光的出口相距較遠(yuǎn)，粉末與光的可控性較好，不 會(huì)出現(xiàn)因粉末過(guò)早熔化而阻塞出光口的現(xiàn)象，因而在激光熔覆技術(shù)的初期得到了廣泛的應(yīng) 用。但旁軸送粉無(wú)法克服因激光束和粉末輸入的不對(duì)稱而帶來(lái)的對(duì)掃描方向限制的缺點(diǎn)， 因而不能實(shí)現(xiàn)在任意方向生成均勻的熔覆層，不適用熔覆軌跡復(fù)雜的熔覆。同軸送粉方式中粉末流和激光同軸耦合輸出，有效的克服了旁軸送粉方式對(duì)掃描 方向限制的缺陷，能夠適應(yīng)全方位的熔覆需求。目前所使用的同軸噴嘴主要有兩種形式 四管式同軸送粉噴嘴和錐環(huán)式同軸送粉噴嘴。美國(guó)Sandia國(guó)家實(shí)驗(yàn)室用于激光近凈成形 技術(shù)的同軸噴嘴采用了四管式同軸送粉噴嘴(美國(guó)專利U. S. Pat. 4724299)，雖然實(shí)現(xiàn)了 激光焦點(diǎn)位置與粉末焦點(diǎn)位置的可調(diào)，噴嘴內(nèi)設(shè)有冷卻水通道實(shí)現(xiàn)了很好地冷卻，但沒(méi)有 專門的保護(hù)氣體通道防止氧化；另一美國(guó)專利U. S. Pat. 4743733的基本結(jié)構(gòu)為多層同心錐 環(huán)式，包含同軸光路系統(tǒng)、粉路系統(tǒng)和氣路系統(tǒng)，粉末流采用三路或四路垂直進(jìn)入方式，靠 近端部有冷卻裝置，主要不足為噴嘴出口的粉末流均勻性相對(duì)較差；中國(guó)專利CN1255411A 也采用了多層同心錐環(huán)式結(jié)構(gòu)，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工難度較高。而且噴嘴端部采用了噴嘴 芯內(nèi)嵌結(jié)構(gòu)，使粉末反濺到噴嘴內(nèi)污染鏡片；中國(guó)專利CN2510502Y提出的同軸送粉噴嘴 包含了同軸的光束通道、粉末通道、冷卻水通道及保護(hù)氣通道，整個(gè)噴嘴分為上中下三個(gè) 部分，并通過(guò)螺栓連接固定，在連接斷面用密封環(huán)密封，但對(duì)密封性能要求很高；中國(guó)專利 CN200954478Y及CN2707772Y設(shè)計(jì)的同軸送粉頭包含了同軸的光束通道、粉末通道和冷卻 水通道。此類送粉噴嘴保護(hù)氣體是沿光束通道向下吹送的，若保護(hù)氣體過(guò)大則會(huì)對(duì)粉末流 束的匯聚產(chǎn)生很大干擾，而保護(hù)氣流量過(guò)小則起不到保護(hù)激光熔池的作用。冷卻水通道布 置在噴嘴的中部，則對(duì)靠近基體容易過(guò)熱的噴嘴端部沒(méi)有直接冷卻，容易造成噴嘴的過(guò)熱。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種可提高噴嘴對(duì)粉末的 匯聚程度、能夠及時(shí)冷卻噴嘴、保證熔覆過(guò)程穩(wěn)定性且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的同軸送粉噴嘴。本實(shí)用新型的激光熔覆同軸送粉噴嘴，包括連接套、粉末套、導(dǎo)向保護(hù)氣套、冷卻 水套，噴嘴芯，為多層的同心錐筒結(jié)構(gòu)，其中，所述連接套上端用于連接激光器，內(nèi)部存在錐孔，下端與所述噴嘴芯可拆卸連接，以便更換噴嘴芯，所述錐孔與所述噴嘴芯內(nèi)部的通孔相通，用作激光束及保護(hù)氣體的共用 通道；所述粉末套套接在所述連接套外部，所述粉末套的內(nèi)錐面與所述連接套的外錐面 之間形成開放的粉末通道，所述粉末套上均勻設(shè)置數(shù)個(gè)送粉通孔，與粉末通道上部相通；所述導(dǎo)向保護(hù)氣套套接在所述粉末套外部，所述導(dǎo)向保護(hù)氣套的內(nèi)錐面與所述粉 末套的外錐面之間形成開放的導(dǎo)向保護(hù)氣通道，所述導(dǎo)向保護(hù)氣套上均勻設(shè)置數(shù)個(gè)進(jìn)氣 孔，與導(dǎo)向保護(hù)氣通道上部相通；所述冷卻水套套接在所述導(dǎo)向保護(hù)氣套外部，所述冷卻水套的內(nèi)錐面與所述導(dǎo)向 保護(hù)氣套的外錐面之間形成密閉的冷卻水通道，所述冷卻水套上設(shè)置一個(gè)進(jìn)水孔、一個(gè)出 水孔，與所述冷卻水通道相通；且所述激光束及保護(hù)氣體的共用通道、所述粉末通道、所述導(dǎo)向保護(hù)氣通道和所 述冷卻水通道同軸。根據(jù)本實(shí)用新型的一優(yōu)選實(shí)施例，所述連接套上端與激光器采用螺紋連接，連接 部位設(shè)有光斑調(diào)節(jié)裝置，用于調(diào)節(jié)激光光斑大小以及光斑的焦點(diǎn)位置。該裝置為噴嘴與激 光器的連接件，其上端由螺釘固定于激光工作頭上，下端與噴嘴的連接套采用螺紋連接，該 調(diào)節(jié)裝置為兩個(gè)內(nèi)外套接的螺紋套筒，可通過(guò)調(diào)節(jié)兩套筒的位置使得噴嘴整體垂直上下移 動(dòng)以調(diào)節(jié)噴嘴出口光斑的大小以及光斑焦點(diǎn)相對(duì)于噴嘴的位置。根據(jù)本實(shí)用新型的一優(yōu)選實(shí)施例，所述粉末套與所述連接套采用螺釘連接。根據(jù)本實(shí)用新型的一優(yōu)選實(shí)施例，所述粉末套上部周向均布2 6個(gè)送粉通孔。根據(jù)本實(shí)用新型的一優(yōu)選實(shí)施例，在所述粉末通道末端粉末出口處，所述粉末套 的內(nèi)錐面與所述連接套的外錐面間的距離為1 3cm。根據(jù)本實(shí)用新型的一優(yōu)選實(shí)施例，所述送粉通孔斜設(shè)在所述粉末套的側(cè)壁上與粉 末通道相通，用以延長(zhǎng)送粉通道的距離，使得粉末進(jìn)入噴嘴后匯聚均勻。根據(jù)本實(shí)用新型的一優(yōu)選實(shí)施例，所述的導(dǎo)向保護(hù)氣套與粉末套采用螺紋連接。根據(jù)本實(shí)用新型的一優(yōu)選實(shí)施例，所述導(dǎo)向保護(hù)氣套上周向均布2 6個(gè)進(jìn)氣孔。根據(jù)本實(shí)用新型的一優(yōu)選實(shí)施例，所述冷卻水套和導(dǎo)向保護(hù)氣套焊接在一起，內(nèi) 部形成密閉的冷卻水通道。根據(jù)本實(shí)用新型的一優(yōu)選實(shí)施例，所述進(jìn)水孔與所述出水孔對(duì)稱設(shè)置。本實(shí)用新型對(duì)現(xiàn)有的同軸送粉噴嘴進(jìn)行了改善，其優(yōu)點(diǎn)在于添加了外部的導(dǎo)向 保護(hù)氣流，即可對(duì)粉末流起到導(dǎo)向束流的作用，提高粉末流的匯聚程度，又可以對(duì)激光熔池 提供很好的保護(hù)。注重了噴嘴靠近加工工件部分的冷卻，使得冷卻水直接冷卻噴嘴的端部， 提高噴嘴的冷卻效率，延長(zhǎng)噴嘴的使用壽命
圖1為本實(shí)用新型的激光熔覆同軸送粉噴嘴的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型的激光熔覆同軸送粉噴嘴的使用狀態(tài)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明。應(yīng)理解，以下實(shí)施例僅用于說(shuō)明本實(shí)用新型而非用于限制本實(shí)用新型的范圍。如圖1所示，本實(shí)用新型的激光熔覆同軸送粉噴嘴，包括連接套14、粉末套13、導(dǎo) 向保護(hù)氣套9、冷卻水套7，噴嘴芯11，為多層的同心錐筒結(jié)構(gòu)。所述連接套14上端用于連接激光器(圖未示)，優(yōu)選的，所述連接套14上端與激 光器采用螺紋連接。如圖2所示，連接部位為光斑調(diào)節(jié)裝置，該裝置為噴嘴與激光器的連接 件，其上端由螺釘固定于激光工作頭上，下端與噴嘴的連接套14采用螺紋連接，該調(diào)節(jié)裝 置為兩個(gè)內(nèi)外套接的螺紋套筒，可通過(guò)調(diào)節(jié)兩套筒的位置使得噴嘴整體垂直上下移動(dòng)以調(diào) 節(jié)噴嘴出口光斑的大小以及光斑焦點(diǎn)相對(duì)于噴嘴的位置。所述連接套14內(nèi)部存在錐孔1， 下端與所述噴嘴芯11可拆卸連接，以便更換噴嘴芯11，所述錐孔1與所述噴嘴芯11內(nèi)部的 通孔6相通，作為激光束及保護(hù)氣體的共用通道。所述粉末套13套接在所述連接套14外部，優(yōu)選的，所述的粉末套13與所述連接 套14采用螺釘連接。所述粉末套13的內(nèi)錐面與所述連接套14的外錐面之間形成開放的 粉末通道2，優(yōu)選的，在所述粉末通道2末端粉末出口處，所述粉末套13的內(nèi)錐面與所述連 接套14的外錐面間的距離為1 3cm。所述粉末套13上均勻設(shè)置數(shù)個(gè)送粉通孔12，與粉 末通道2上部相通，優(yōu)選的，所述粉末套13上部周向均布四個(gè)送粉通孔12，所述送粉通孔 12斜設(shè)在所述粉末套13的側(cè)壁上與粉末通道2相通，增長(zhǎng)了送粉通道2的距離，可使得粉 末進(jìn)入噴嘴后匯聚得更均勻。所述導(dǎo)向保護(hù)氣套9套接在所述粉末套13外部，優(yōu)選的，所述的導(dǎo)向保護(hù)氣套9 與粉末套13采用螺紋連接。所述導(dǎo)向保護(hù)氣套9的內(nèi)錐面與所述粉末套13的外錐面之間 形成開放的導(dǎo)向保護(hù)氣通道3，所述導(dǎo)向保護(hù)氣套9上均勻設(shè)置數(shù)個(gè)進(jìn)氣孔10，與導(dǎo)向保護(hù) 氣通道3上部相通，優(yōu)選的，所述導(dǎo)向保護(hù)氣套9上周向均布四個(gè)進(jìn)氣孔10。所述冷卻水套7套接在所述導(dǎo)向保護(hù)氣套9外部，所述冷卻水套7的內(nèi)錐面與所 述導(dǎo)向保護(hù)氣套9的外錐面之間形成密閉的冷卻水通道5，優(yōu)選的，所述冷卻水套7和導(dǎo)向 保護(hù)氣套9焊接在一起，內(nèi)部形成密閉的冷卻水通道5。所述冷卻水套7上設(shè)置一個(gè)進(jìn)水 孔4、一個(gè)進(jìn)水孔8，與所述冷卻水通道5相通，優(yōu)選的，所述進(jìn)水孔4與所述進(jìn)水孔8對(duì)稱 設(shè)置。所述激光束及保護(hù)氣體的共用通道、粉末通道2、導(dǎo)向保護(hù)氣通道3和冷卻水通道 5同軸。如圖2所示，本實(shí)用新型的激光熔覆同軸送粉噴嘴，激光束17由位于噴嘴上方的 積分鏡16折射后經(jīng)光斑調(diào)節(jié)裝置15開始匯聚，經(jīng)所述連接套14內(nèi)部的錐孔1輸出，激光 束最終匯聚于距噴嘴出口約IOmm的光斑焦點(diǎn)處，粉末經(jīng)環(huán)形的粉末通道2輸出，由于噴嘴 送粉通道的傾斜角度而匯聚于激光光斑焦點(diǎn)處，達(dá)到粉末流和激光同軸耦合輸出，實(shí)現(xiàn)同 軸送粉熔覆。軸向保護(hù)氣體通過(guò)連接套14內(nèi)部的錐孔1輸出，保護(hù)聚焦鏡片不受熔覆過(guò)程 中反濺粉末的污染；外部的保護(hù)氣體通過(guò)導(dǎo)向保護(hù)氣通道3輸出，對(duì)輸出的粉末流起束流 整形的作用，以提高粉末流的匯聚程度，同時(shí)保護(hù)激光熔池。向冷卻水通道5通入循環(huán)冷卻 水，使得較熱的噴嘴端部得到直接的冷卻，提高冷卻效率，防止由于噴嘴過(guò)熱而造成的噴嘴 堵粉和損壞，提高噴嘴的使用壽命。
權(quán)利要求1.一種激光熔覆同軸送粉噴嘴，其特征在于，包括連接套、粉末套、導(dǎo)向保護(hù)氣套、冷卻 水套，噴嘴芯，為多層的同心錐筒結(jié)構(gòu)，其中，所述連接套上端用于連接激光器，內(nèi)部存在錐孔，下端與所述噴嘴芯可拆卸連接，以 便更換噴嘴芯，所述錐孔與所述噴嘴芯內(nèi)部的通孔相通，用作激光束及保護(hù)氣體的共用通 道；所述粉末套套接在所述連接套外部，所述粉末套的內(nèi)錐面與所述連接套的外錐面之間 形成開放的粉末通道，所述粉末套上均勻設(shè)置數(shù)個(gè)送粉通孔，與粉末通道上部相通；所述導(dǎo)向保護(hù)氣套套接在所述粉末套外部，所述導(dǎo)向保護(hù)氣套的內(nèi)錐面與所述粉末套 的外錐面之間形成開放的導(dǎo)向保護(hù)氣通道，所述導(dǎo)向保護(hù)氣套上均勻設(shè)置數(shù)個(gè)進(jìn)氣孔，與 導(dǎo)向保護(hù)氣通道上部相通；所述冷卻水套套接在所述導(dǎo)向保護(hù)氣套外部，所述冷卻水套的內(nèi)錐面與所述導(dǎo)向保護(hù) 氣套的外錐面之間形成密閉的冷卻水通道，所述冷卻水套上設(shè)置一個(gè)進(jìn)水孔、一個(gè)出水孔， 與所述冷卻水通道相通；且所述激光束及保護(hù)氣體的共用通道、所述粉末通道、所述導(dǎo)向保護(hù)氣通道和所述冷 卻水通道同軸。
2.如權(quán)利要求1所述的激光熔覆同軸送粉噴嘴，其特征在于，所述連接套上端與激光 器采用螺紋連接，連接部位設(shè)有光斑調(diào)節(jié)裝置，用于調(diào)節(jié)激光光斑大小以及光斑的焦點(diǎn)位置。
3.如權(quán)利要求1所述的激光熔覆同軸送粉噴嘴，其特征在于，所述粉末套與所述連接 套采用螺釘連接。
4.如權(quán)利要求1所述的激光熔覆同軸送粉噴嘴，其特征在于，在所述粉末通道末端粉 末出口處，所述粉末套的內(nèi)錐面與所述連接套的外錐面間的距離為1 3cm。
5.如權(quán)利要求1所述的激光熔覆同軸送粉噴嘴，其特征在于，所述送粉通孔斜設(shè)在所 述粉末套的側(cè)壁上與粉末通道相通，用以延長(zhǎng)送粉通道的距離，使得粉末進(jìn)入噴嘴后匯聚 均勻。
6.如權(quán)利要求1所述的激光熔覆同軸送粉噴嘴，其特征在于，所述的導(dǎo)向保護(hù)氣套與 粉末套采用螺紋連接。
7.如權(quán)利要求1所述的激光熔覆同軸送粉噴嘴，其特征在于，所述導(dǎo)向保護(hù)氣套上周 向均布2 6個(gè)進(jìn)氣孔。
8.如權(quán)利要求1所述的激光熔覆同軸送粉噴嘴，其特征在于，所述冷卻水套(7)和導(dǎo)向 保護(hù)氣套焊接在一起，內(nèi)部形成密閉的冷卻水通道。
9.如權(quán)利要求1所述的激光熔覆同軸送粉噴嘴，其特征在于，所述進(jìn)水孔與所述出水 孔對(duì)稱設(shè)置。
10.如權(quán)利要求1所述的激光熔覆同軸送粉噴嘴，其特征在于，所述粉末套上部周向均 布2 6個(gè)送粉通孔。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種激光熔覆同軸送粉噴嘴，包括連接套、粉末套、導(dǎo)向保護(hù)氣套、冷卻水套，噴嘴芯，為多層的同心錐筒結(jié)構(gòu)，連接套下端與噴嘴芯可拆卸連接，內(nèi)部的錐孔與噴嘴芯內(nèi)部的通孔相通，用作激光束及保護(hù)氣體的共用通道；粉末套的內(nèi)錐面與連接套的外錐面之間形成粉末通道；導(dǎo)向保護(hù)氣套的內(nèi)錐面與粉末套的外錐面之間形成導(dǎo)向保護(hù)氣通道；冷卻水套的內(nèi)錐面與導(dǎo)向保護(hù)氣套的外錐面之間形成冷卻水通道；其中，激光束及保護(hù)氣體的共用通道、粉末通道、導(dǎo)向保護(hù)氣通道和冷卻水通道同軸。本實(shí)用新型的激光熔覆同軸送粉噴嘴，可及時(shí)冷卻噴嘴端部，提供導(dǎo)向保護(hù)氣流能夠更好地保護(hù)激光熔池并匯聚粉末流，使得噴嘴工作更加穩(wěn)定。
文檔編號(hào)B05B7/02GK201823642SQ20102029363
公開日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2010年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月17日
發(fā)明者劉志勇, 張顯程, 涂善東, 王正東, 軒福貞 申請(qǐng)人:華東理工大學(xué)