CN202297780U - 一种激光熔覆光内同轴送粉装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种激光熔覆光内同轴送粉装置，其包括保护气管、进粉管、排气管道、粉末喷嘴基座、泄压腔、调节舱以及环形压块，所述调节舱设有调节螺纹孔，所述环形压块设有固定螺纹孔，所述粉末喷嘴基座位于环形压块与调节舱之间的空腔内，所述粉末喷嘴基座可以通过调节螺钉在空腔内水平二维移动，所述环形压块与调节舱下端紧固连接并压紧粉末喷嘴基座。本实用新型克服了制造误差产生的粉末束与激光束不汇聚的问题，通过对喷嘴位置的调节，能够使粉末束精确的送进熔池，另外采用泄压腔结构可使喷嘴输出的粉末束更细，粉末束输出的直线段距离更长，提高熔道成形质量以及粉末利用率。

Description

一种激光熔覆光内同轴送粉装置

技术领域

本实用新型涉及激光加工应用领域，尤其涉及一种激光熔覆光内同轴送粉装置。

背景技术

激光熔覆是通过在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度激光束辐照加热，使熔覆材料和基材表面薄层发生熔化，并快速凝固，从而在基材表面形成冶金结合的熔覆层，可以增强基体表面的耐磨、抗冲击和耐腐蚀等性能。在激光熔覆制造过程中有一个关键技术，即为同步送料技术，它是指将金属材料准确、均匀、稳定地投入成形面上按预定轨迹作动态扫描运动的激光光斑内，使被熔材料和高能激光束实现精确耦合。材料在激光光斑的照射下熔化，形成小熔池，连续移动的小熔池不断的熔化基体以及输送进来的粉末材料，从而形成连续的熔道。

目前，现有技术中激光熔覆成形大多采用多粉管光外侧送粉方式或者光外同轴送粉方式，但光外送粉方式存在一些不足，如粉斑一般较大，激光束与粉末的耦合性差，熔覆时进入熔池的粉末量不稳定，喷洒在熔池旁边的粉末在熔池凝固后未熔或未熔透，使得成形件表面比较粗糙，造成成形件表面的物理和几何缺陷；另外采用光外送粉方式进行激光熔覆时，粉末四处飞溅，环境污染很大，粉末利用率极低。

相关现有技术可参阅于2010年7月21日公告的中国大陆发明专利第CN101148760B号，该专利揭示了一种激光加工成形制造光内送粉工艺与光内送粉喷头，其结构原理为一圆筒内设有圆锥反射镜及圆环形聚焦反射镜，射入圆筒的圆形激光束先经过圆锥镜的扩束，在经过圆环镜的聚焦，获得圆环锥形聚焦光束。而在锥镜的下方有一较大的中空无光区，粉管和保护气管从侧面进入，并在此经调解机构后垂直向下输送，与***汇聚的激光束在基体表面耦合，从而形成熔池，实现光内同轴送粉。但是，该结构中的粉末由器载粉式送粉器从侧边送进光同内中空无光区后，直接垂直向下送进熔池，粉末流具有一定的压力，粉末发散较严重；并且粉末束***的保护气由粉嘴外侧一图圆孔吹出，其与粉末束的距离较远，对粉末束的准直效果不明显；另外送粉管是固定在锥镜支架上的，位置不可调节，由于制造误差的存在，该结构不能保证粉末束与激光束的精确汇聚。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种改良结构的激光熔覆光内同轴送粉装置，以克服上述缺陷。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种激光熔覆光内同轴送粉装置，该激光熔覆光内同轴送粉装置克服了制造误差产生的粉末束与激光束不汇聚的问题，使得喷嘴输出的粉末束更细，粉末束直线段距离更长，并且通过对喷嘴位置的调节，能够使粉末束精确的送进熔池，提高熔道成形质量以及粉末利用率。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种激光熔覆光内同轴送粉装置，其包括保护气管、进粉管、排气管道、粉末喷嘴基座以及若干螺钉，还包括调节舱以及环形压块，所述调节舱的侧边设有若干与螺钉配合的调节螺纹孔，所述环形压块的内环边缘设有若干与螺钉配合的固定螺纹孔，所述粉末喷嘴基座位于所述环形压块与所述调节舱之间的空腔内，所述粉末喷嘴基座可以通过调节螺钉在空腔内水平二维移动，所述环形压块与所述调节舱下端通过螺钉紧固连接并压紧所述粉末喷嘴基座。

优选的，在上述激光熔覆光内同轴送粉装置中，所述激光熔覆光内同轴送粉装置还包括保护气汇聚腔、泄压腔、泄压腔套以及气体扩散腔，所述粉末喷嘴基座的下部与泄压腔套通过螺纹连接固定，所述粉末喷嘴基座与泄压腔套之间形成所述泄压腔以及气体扩散腔。

优选的，在上述激光熔覆光内同轴送粉装置中，所述激光熔覆光内同轴送粉装置还包括一级粉末喷嘴，所述一级粉末喷嘴与粉末喷嘴基座的下部中间螺纹连接。

优选的，在上述激光熔覆光内同轴送粉装置中，所述激光熔覆光内同轴送粉装置还包括固定螺母以及通过固定螺母安装在一级粉末喷嘴上的两个锥形圆环挡片，所述锥形圆环挡片和所述泄压腔之间留有间隙。

优选的，在上述激光熔覆光内同轴送粉装置中，所述激光熔覆光内同轴送粉装置还包括二级粉末喷嘴以及旋紧螺母，所述二级粉末喷嘴与粉末喷嘴基座通过所述旋紧螺母旋紧固定。

优选的，在上述激光熔覆光内同轴送粉装置中，所述泄压腔套下部通过螺纹连接一保护气套，所述泄压腔套与保护气套之间形成所述保护气汇聚腔，所述保护气套与所述二级粉末喷嘴之间形成环形气道。

从上述技术方案可以看出，本实用新型实施例的激光熔覆光内同轴送粉装置克服了制造误差产生的粉末束与激光束不汇聚的问题，通过对喷嘴位置的调节，能够使粉末束精确的送进熔池，另外采用泄压腔结构可使喷嘴输出的粉末束更细，粉末束输出的直线段距离更长，提高熔道成形质量以及粉末利用率，并且通过调节旋紧螺母，实现二级喷嘴的快速准确更换。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的有关本实用新型的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型激光熔覆光内同轴送粉装置的剖视图；

图2为光内送粉激光熔覆光头的结构原理图。

1、保护气管  2、进粉管  3、排气管道  4、调节舱  5、环形压块6、粉末喷嘴基座  7、一级粉末喷嘴  8、垫圈  9、固定螺母  10、锥形圆环挡片  11、保护气套  12、旋紧螺母  13、二级粉末喷嘴  14、保护气汇聚腔  15、泄压腔  16、泄压腔套  17、气体扩散腔  18、固定螺纹孔  19、调节螺纹孔  20、激光入射光束  21、锥镜  22、环镜23、锥镜支架  24、汇聚激光束

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行详细地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型公开了一种激光熔覆光内同轴送粉装置，该激光熔覆光内同轴送粉装置克服了制造误差产生的粉末束与激光束不汇聚的问题，通过对喷嘴位置的调节，能够使粉末束精确的送进熔池，另外采用泄压腔结构可使喷嘴输出的粉末束更细，粉末束输出的直线段距离更长，提高熔道成形质量以及粉末利用率，并且通过调节旋紧螺母，实现二级喷嘴的快速准确更换。

请参阅图1所示，所述激光熔覆光内同轴送粉装置包括调节舱4、环形压块5、粉末喷嘴基座6、垫圈8、泄压腔15、泄压腔套16、气体扩散腔17、设于环形压块5内环边缘的三个固定螺纹孔18、设于调节舱4周围的四个调节螺纹孔19。所述粉末喷嘴基座6上部开有三个孔道，分别为保护气管1、进粉管2和排气管道3。

请参阅图1及图2所示，一种光内送粉激光熔覆光头包括一个送粉装置筒体，所述送粉装置筒体的上方和下方分别开设有入光口及出光口，所述送粉装置筒体内部中心安装有圆锥反射镜21，所述圆锥反射镜21的镜面朝向入光口，所述送粉装置筒体的内壁上固定有圆环聚焦反射镜22，所述圆环聚焦反射镜22的镜面与圆锥反射镜21的镜面相对，从而使得激光入射光束20经圆锥反射镜21反射扩束后，再经圆环聚焦反射镜22反射聚焦形成汇聚激光束24，焦点在圆锥反射镜21的下方。所述激光熔覆光内同轴送粉装置安装在所述圆锥反射镜21下方的中空无光区域。所述粉末喷嘴基座6中的保护气管1、进粉管2和排气管道3从左至右依次排列，所述保护气管1、进粉管2以及排气管道3三个管道分别与所述锥镜支架23下部的三个管道通过橡胶软管连接，可以使得光内送粉光头外部的粉末和保护气由所述锥镜支架23上的管道进入激光熔覆光内同轴送粉装置，也可以使得激光熔覆光内同轴送粉装置内粉末束分离的气体从锥镜支架23上的管道排出到光头外部。

请参阅图1所示，所述调节舱4内部为空腔且四侧开有缺口，所述调节舱4位于光内送粉光头内的锥镜支架23下方的中空无光区域，且由螺钉从其边缘的通孔将其与锥镜支架23固定。所述环形压块5与所述调节舱4下端通过三个螺钉紧固连接。所述环形压块5支撑粉末喷嘴基座6，所述粉末喷嘴基座6位于所述环形压块5与所述调节舱4之间的空腔内。所述粉末喷嘴基座6可以在空腔内滑动。所述粉末喷嘴基座6可以通过调节螺钉与四个所述调节螺纹孔19的配合实现在空腔内水平二维移动，从而达到调节粉末束位置的效果，使得粉末束和激光束很好的汇聚。所述环形压块5的内环边缘有三个所述固定螺纹通孔18，可以通过调节螺钉垂直方向压紧所述粉末喷嘴基座6，使得水平位置已经调节精确的粉末喷嘴基座6固定住，防止其位置发生变化。

请继续参阅图1所示，所述粉末喷嘴基座6的下部通过螺纹与所述泄压腔套16固定，所述粉末喷嘴基座6与泄压腔套16之间形成所述泄压腔15以及所述气体扩散腔17。所述粉末喷嘴基座6的下部中间螺纹连接一个一级粉末喷嘴7，粉末通过锥镜支架筋上的管道从光头外部进入喷嘴基座，并由喷嘴基座中部的管道流向所述的一级粉末喷嘴7。所述泄压腔套16下部夹有一个二级粉末喷嘴13。所述泄压腔套16与所述二级粉末喷嘴13通过旋紧螺母12旋紧固定定位。

请继续参阅图1所示，所述一级粉末喷嘴7内的粉末在气体的载动下进入所述泄压腔15，在泄压腔15中粉末束中的粉末颗粒和气体发生分离，粉末颗粒沉积在泄压腔15的下部，并由所述泄压腔套16下部的二级粉末喷嘴13流出，气体由所述粉末喷嘴基座6右侧的排气管道3流向锥镜支架23内的泄气管道，并由锥镜支架23内的泄气管道排出道光头外部。由于所述激光熔覆光内同轴送粉装置的粉末由外部的送粉器通过气体载动输送，粉末束具有一定的气压，从而使得粉末束经喷嘴送出后会有一定的压力，并产生发散。通过所述泄压腔15对粉末束中的粉末颗粒和气体进行分离后，在低压和自身的重力作用下从二级粉末喷嘴13送出，粉末发散明显减小。由于粉末束中相对外图气体压力为负压，受保护气体整形汇聚的效果更加明显。

请继续参阅图1所示，所述一级粉末喷嘴7上通过固定螺母9安装有两个锥形圆环挡片10。所述锥形圆环挡片10和所述泄压腔15之间留有间隙，因此在保证泄压腔15内分离出的气体可以顺利由所述排气管道3流出的同时，也可以有效的阻挡泄压腔中的微小粉末颗粒随气体一起排出，在气体的带动下溅起的微小颗粒受到锥形圆环挡片10的阻挡反弹会再次落入泄压腔15下部。所述泄压腔套16下部通过螺纹连接一保护气套11，所述泄压腔套16与保护气套11之间形成保护气汇聚腔14，所述保护气套11与所述二级粉末喷嘴13之间形成环形气道。

请继续参阅图1所示，光头外部的保护气由锥镜支架23内的管道进入所述粉末喷嘴基座6左侧的管道，然后进入所述粉末喷嘴基座6与所述泄压腔套16之间的所述气体扩散腔17，保护气在此扩散充分后，由所述泄压腔套16***沿圆周分布的三个2mm的管道进入所述的保护气汇聚腔14，在保护气汇聚腔14汇聚均匀后沿所述二级粉末喷嘴13的***的圆环间隙均匀吹出，对所述二级粉末喷嘴13送出的粉末束进行压缩汇聚，防止粉末束发散的同时，也对熔池起到保护隔绝空气的作用。由于保护气紧贴二级粉末喷嘴13边缘吹送，离粉末束的距离较近，所以对粉末束的约束效果较明显。所述二级粉末喷嘴13上部与所述泄压腔套16下部通过螺母旋紧，自动定位对中连接，能够保证二级粉末喷嘴13下部处于保护气套11出口处得中心，使得保护气沿壁厚均匀的圆环吹出，从而对粉末的约束各个方向都很均匀。另外，激光熔覆过程中，二级粉末喷嘴13由于离熔池较近，长期熔覆烧蚀后需要更换，该结构可以保证二级粉末喷嘴13的快速更换，同时也可以保证其具有较高的位置精度。

所述激光熔覆光内同轴送粉装置的工作原理是：使用时旋动调节舱4周围的四个调节螺钉，改变粉末喷嘴基座6在水平方向的位置，使得二级粉末喷嘴13送出的粉末与激光束能够精确汇聚，然后，旋紧环形压块5上的三个固定螺钉，将粉末喷嘴基座6的位置固定，熔覆时，由外部气载粉送粉器送载的粉末经进粉管2流进一级粉末喷嘴7，经一级粉末喷嘴7喷进泄压腔15，粉末颗粒和载动气体在泄压腔15内发生分离，气体由泄压腔15上部的排气孔3排道光头外部，泄压后的粉末颗粒在重力的作用下有由泄压腔15下部的二级粉末喷嘴13送出到喷嘴下方，保护气由保护气管1进入到气体发散腔17，保护气在气体发散腔17内扩散后由泄压腔16圆周方向的三个2mm的管道进入保护气汇聚腔14，保护气在此汇聚后由保护气套11和二级粉末喷嘴13之间的环形气道向下沿二级粉末喷嘴13边缘吹出，对二级粉末喷嘴13送出的粉末气道准直保护的作用。

本实用新型激光熔覆光内同轴送粉装置通过在锥镜支架23下部装设一调节舱4，通过调节舱4四周的四个螺钉来调节粉末喷嘴基座6在舱体内水平方向的位置，从而可以克服制造误差产生的粉末束与激光束不汇聚的问题，同时舱体下面的三个螺钉可以将位置调好的粉末喷嘴基座6固定住，防止其位置在熔覆过程中发生变化。

本实用新型激光熔覆光内同轴送粉装置通过在一级粉末喷嘴7和二级粉末喷嘴13之间设有一泄压腔15，具有压力的粉末束中的粉末颗粒和运载气体在泄压腔15中发生分离，粉末颗粒有下部的二级粉末喷嘴13送出，运载气体由上部的孔道排出，从而可以提高保护气对二级粉末喷嘴13送出的粉末束的约束效果，使得粉末束汇聚的更细，喷嘴出口处直线段距离更长。

本实用新型激光熔覆光内同轴送粉装置通过将二级粉末喷嘴13与泄压腔套16采用螺母旋紧，安装快速，自动定位对中，更换方便。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种激光熔覆光内同轴送粉装置，其包括保护气管(1)、进粉管(2)、排气管道(3)、粉末喷嘴基座(6)以及若干螺钉，其特征在于：还包括调节舱(4)以及环形压块(5)，所述调节舱(4)的侧边设有若干与螺钉配合的调节螺纹孔(19)，所述环形压块(5)的内环边缘设有若干与螺钉配合的固定螺纹孔(18)，所述粉末喷嘴基座(6)位于所述环形压块(5)与所述调节舱(4)之间的空腔内，所述粉末喷嘴基座(6)可以通过调节螺钉在空腔内水平二维移动，所述环形压块(5)与所述调节舱(4)下端通过螺钉紧固连接并压紧所述粉末喷嘴基座(6)。

2.根据权利要求1所述的激光熔覆光内同轴送粉装置，其特征在于：还包括保护气汇聚腔(14)、泄压腔(15)、泄压腔套(16)以及气体扩散腔(17)，所述粉末喷嘴基座(6)的下部与泄压腔套(16)通过螺纹连接固定，所述粉末喷嘴基座(6)与泄压腔套(16)之间形成所述泄压腔(15)以及气体扩散腔(17)。

3.根据权利要求2所述的激光熔覆光内同轴送粉装置，其特征在于：还包括一级粉末喷嘴(7)，所述一级粉末喷嘴(7)与粉末喷嘴基座(6)的下部中间螺纹连接。

4.根据权利要求3所述的激光熔覆光内同轴送粉装置，其特征在于：还包括固定螺母(9)以及通过固定螺母(9)安装在一级粉末喷嘴(7)上的两个锥形圆环挡片(10)，所述锥形圆环挡片(10)和所述泄压腔(15)之间留有间隙。

5.根据权利要求2所述的激光熔覆光内同轴送粉装置，其特征在于：还包括二级粉末喷嘴(13)以及旋紧螺母(12)，所述二级粉末喷嘴(13)与粉末喷嘴基座(6)通过所述旋紧螺母(12)旋紧固定。

6.根据权利要求5所述的激光熔覆光内同轴送粉装置，其特征在于：所述泄压腔套(16)下部通过螺纹连接一保护气套(11)，所述泄压腔套(16)与保护气套(11)之间形成所述保护气汇聚腔(14)，所述保护气套(11)与所述二级粉末喷嘴(13)之间形成环形气道。

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