CN201834970U - 可调式激光融覆同轴送粉喷嘴 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及了一种可调式激光融覆同轴送粉喷嘴，其适用于圆斑激光融覆和宽带激光融覆，属于激光加工技术领域。喷嘴有水冷和导向气体保护结构，总体结构为中空的锥状，分上体与下体两部分，各部分由螺纹依次连接固定；其结构要点是喷嘴由标有刻度的连接筒分别连接激光器和送粉筒，利用螺纹形成可垂直上下调节的机构，实现粉末焦点位置的精确调节；下体分两组：一组由三个成同轴分布出口为圆形的锥体组成，一组由三个同轴分布出口为矩形的锥体组成，实现不同光斑形状的调节，不同的光斑类型安装相应出口的下体，粉末通路与喷嘴轴线的夹角范围在40°-50°，冷却水通路与喷嘴夹角范围在30°-45°。

Description

可调式激光融覆同轴送粉喷嘴

技术领域：

本发明涉及了一种可调式激光融覆同轴送粉喷嘴，适用于圆斑激光融覆和宽带激光融覆，属于激光加工技术领域。

背景技术：

激光融覆技术是激光热处理中研究较多、进展很快、应用很广的一种新技术，被认为是一种新的、很有发展前景的表面改性技术。送粉***是激光融覆***中一个很重要的***，激光融覆按送粉方式可以分为预置式和同步式激光融覆。同步送粉法是目前较为先进和应用较广的一种方法。同步送粉所用的送粉装置主要有单侧送粉和同轴送粉两种类型。其中，单侧送粉方式，作为传统方式应用较广，这种送粉方式的局限性在于送粉只是一个方向，使送粉器在加工中使用的方便性、灵活性受到限制，同轴送粉喷嘴可以克服单侧送粉的一些缺点，再生产中使用灵活，达到特殊的加工效果。

激光熔覆的送粉喷嘴设计是激光加工设备中的的一项关键技术，送粉喷嘴作为送粉***中的一个组成部分，其使粉末流准确、稳定的送入激光光斑内，落在基体上得到熔覆层，直接影响成形零件的质量和精度。国内外对同轴送粉喷嘴已进行了深入的研究，研究主要集中在提高粉末利用率，提高水冷效果，提供适当的保护气等方面，已取得了一定的成就，目前仍有许多不足需要改进，表现为：(1)现有同轴喷嘴多为整体结构，连接有粉、气、水路等多条管路，旋转装卸时易使这些管路相互缠绕，须先拔掉所有管路，安装完毕再装回，使用不方便；(2)目前设计的送粉喷嘴只针对一种光斑可用，同时若出现端部堵粉现象或其它原因造成的喷头损坏需要更换整个喷头，设备通用性低，成本较高；(3)对粉末汇聚点相对光斑离焦量的可调性和粉末腔出口大小的可调性研究较少，已有的研究成果结构设计较为复杂；(4)水冷结构复杂推广型不强，或水冷管路过于接近熔池易受辐射热损坏。

在中国专利CN2510502Y提出了一种同轴送粉喷嘴，其主要部分以螺栓相连接，虽然激光焦点相对粉末会聚点可以适当调节，但无刻度值进行量化，同时下端的粉末锥形腔大小虽可调节，但调节后在连接处易出现粉末沉积，及调节值无法度量，该专利仅适用于圆形激光光斑，对方形光斑不适用。美国专利4724299提出一种激光喷涂同轴送粉喷嘴，虽然激光焦点位置与粉末焦点可调，但极易造成出口处粉末喷出不畅堵塞喷头，对损坏的喷头更换困难，仅适用于圆斑。中国专利CN1255411A提出一种垂直装卸的分体式激光融覆同轴送粉喷嘴，在一定程度上克服了单管侧向送粉融覆各向异性的不足，仅适用于气动送粉，在重力送粉的情况下会在喷头内部出现粉末堆积。

发明内容：

为了解决上述问题，本发明设计了一种可调式激光融覆同轴送粉喷嘴，可快速实现圆斑或宽带激光融覆，对于下锥体出现损坏的情况容易更换，同时实现激光光斑和粉末焦点相对位置的调节。

本发明的技术方案是：

喷嘴由标有刻度的连接筒分别连接激光器和送粉筒，利用螺纹形成可垂直上下调节的机构，实现粉末焦点位置的精确调节；下体分两组：一组由三个成同轴分布出口为圆形的锥体组成，一组由三个同轴分布出口为矩形的锥体组成，由三个同轴分布出口为矩形的锥体组成的下体，在外锥体和中间椎体的内壁各均布有三个凸台，相互间径向夹角为120°，在内锥体和中间锥体的外壁各均布有三个凹槽，相互间径向夹角为120°。冷却水通路与喷嘴轴线的夹角范围在30°-45°，冷却水管路在进口处向上方倾斜，粉末通路与喷嘴轴线的夹角范围在40°-50°，粉末流倾斜进入粉末腔。

本发明的有益效果是：

上述同轴送粉喷嘴，在激光融覆时据所用的激光光斑类型安装相应出口的下体，使喷头分别适用于圆斑和宽带激光加工，且在更换下体部件时，上体管路不动，不会出现管路缠绕，同时备有相应可替换的下锥体，在损坏后可更换，确保长时间工作，提高设备通用性。通过调节连接筒、激光器、送粉筒三者间相对位置实现光斑和粉末焦点位置的调节，调节范围大。

粉末通路轴线与喷嘴轴线成一定角度，既可用于重力送粉又可用于气动送粉；冷却水管路与喷嘴轴线成一定角度使管路远离熔池，减少热辐射的损坏，喷头处的结构紧凑。

附图说明：

图1是本发明实施例结构剖面示意图。

图2是图1中喷嘴出口为圆形下体的A向视图。

图3是本发明的喷嘴出口为方形下体实施例结构剖面示意图。

图4是图3的B向视图。

图5是图3中外锥体的C向视图。

图中1.光束通道，2.连接筒，3.粉末通路，4.粉末腔，5.粉末筒，6.保护气筒，7.保护气通路，8.保护气腔，9.圆出口内锥体，10.圆出口中间锥体，11.圆出口外锥体，12.冷却水通路，13.水冷腔，14.冷却水壁，15.方出口内锥体，16.方出口中间锥体，17.方出口外锥体，18.内锥体凹槽，19.中间锥体凹槽。

具体实施方式：

本发明由标有刻度的连接筒2分别连接激光器和粉末筒5，利用螺纹形成可垂直上下调节的机构，下体分两组：一组由同轴分布的圆出口内锥体9、圆出口中间锥体10、圆出口外锥体11组成，由螺纹分别与上体对应连接，一组由同轴分布的方出口内锥体15、方出口中间锥体16、方出口外锥体17组成，根据不同的激光光斑类型安装相应出口的下体，实现带状或圆形的粉末融覆层调节。

由三个同轴分布出口为矩形的锥体组成的下体，在方出口中间锥体16和方出口外锥体17的内壁各均布有三个凸台，在方出口内锥体15和方出口中间锥体16的外壁分别有内锥体凹槽18、中间锥体凹槽19，先将三个锥体通过凸台和凹槽相互固定，再与上体连接。

粉末通路3与喷嘴轴线的夹角范围在40°-50°，冷却水管路在进口处向上方倾斜，冷却水通路12与喷嘴夹角范围在30°-45°，粉末流倾斜进入粉末腔。

下面结合附图说明本发明的一次动作过程：

如图1所示，在融覆前旋转标有刻度的连接筒2和粉末筒5选择光斑和粉末焦点合适的位置，激光束经光束通道1进入，逐渐汇聚于融覆基体上；粉末由粉末通路3进入粉末腔4，先发散后逐渐汇聚喷出落入光斑内融化，在基体表面逐步融覆，达到同步送粉的目的。保护气由保护气通路7进入保护气腔8，喷出后，降低对粉末流的扩散，并防止融覆层的氧化。冷却水由冷却水通路12进入水冷腔13对对喷嘴端部冷却，保证喷头的长时间工作。

当进行宽带融覆时将圆出口的三个下锥体依次旋转卸载，将方出口的三个下锥体由外到内依次镶嵌固定，然后旋转安装到上锥体，过程中不需要对上锥体进行操作。

Claims (4)

1.可调式激光融覆同轴送粉喷嘴，带有水冷和导向气体保护结构，总体结构为中空的锥状，分上体与下体两部分，各部分上由螺纹依次连接固定，其特征在于：喷嘴由标有刻度的连接筒分别连接激光器和送粉筒，利用螺纹形成可垂直上下调节的机构，实现粉末焦点位置的精确调节；下体分两组：一组由三个成同轴分布出口为圆形的锥体组成，一组由三个同轴分布出口为矩形的锥体组成，根据不同的激光光斑类型安装相应出口的下体，实现带状或圆形的粉末融覆层调节。

2.如权利要求1所述的可调式激光融覆同轴送粉喷嘴，其特征在于：由三个同轴分布出口为矩形的锥体组成的下体，在外锥体和中间椎体的内壁各均布有三个凸台，相互间径向夹角为120°，在内锥体和中间锥体的外壁各均布有三个凹槽，相互间径向夹角为120°。

3.如权利要求1或2所述的可调式激光融覆同轴送粉喷嘴，其特征在于：冷却水通路与喷嘴夹角范围在30°-45°，冷却水管路在进口处向上方倾斜。

4.如权利要求1所述的可调式激光融覆同轴送粉喷嘴，其特征在于：粉末通路与喷嘴轴线的夹角范围在40°-50°，粉末流倾斜进入粉末腔。

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