專利名稱：一種激光粉末焊接送粉噴嘴的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種送粉噴嘴，尤其涉及激光粉末焊接技術(shù)的同步側(cè)向送粉噴嘴，屬于激光加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
激光粉末焊接利用激光做熱源，激光束經(jīng)導(dǎo)光系統(tǒng)聚焦在工件材料表面的接縫處，形成一非常小的熔池，同時(shí)將事先合金化或機(jī)械方法混合后的粉末通過(guò)一送粉噴嘴注入到激光熔池中，并通過(guò)激光束對(duì)工件的掃描，粉末合金材料和基體材料同時(shí)熔化，冷卻凝固即形成焊縫，將兩塊分離的工件連成一個(gè)整體。
采用激光粉末焊接方法降低了激光焊接對(duì)工件焊前坡口準(zhǔn)備和接頭裝配精度的要求，同時(shí)由于粉末材料的熔化并熔入到母材，向工件接縫處加入最小量的熱量，有助于消除焊縫熱影響區(qū)的裂紋，改善焊縫的冶金特性，提高焊接接頭的機(jī)械性能。
在采用填充粉末的激光焊接方法的過(guò)程中，采用激光垂直對(duì)準(zhǔn)焊縫，旁軸同步側(cè)向送粉的方式，適合多種不同材料結(jié)構(gòu)形式的靈活加工，尤其是對(duì)于板材的T型焊接，采用這種加工方式粉末輸送可控性好，加工范圍幾乎不受激光頭結(jié)構(gòu)限制，加工方便且焊接質(zhì)量可靠。但是，側(cè)向送粉要求輸送的粉末束流具有足夠挺度，能使粉末能夠均勻連續(xù)的送進(jìn)熔池；同時(shí)由于激光光斑直徑很小，將粉末束流的準(zhǔn)確送進(jìn)熔池也是一個(gè)非常重要的問(wèn)題，一方面它直接影響到焊縫的表面及內(nèi)在質(zhì)量，另一方面也關(guān)系到粉末材料的利用率。因此，提供一種合適激光粉末焊接的送粉噴嘴對(duì)提高焊縫質(zhì)量和焊接效果以及降低激光焊接加工成本具有非常重要的意義。
目前已有的送粉噴嘴，多為圓管式單層送粉噴嘴，粉末束流在噴嘴出口附近即呈發(fā)散狀態(tài)，無(wú)法聚集到激光熔池中，粉末利用率低，根本不能用于激光粉末焊接中；專利號(hào)為ZL01246911.4提出的送粉噴嘴以及專利號(hào)為ZL98207175.2提出的一種匯聚粉末束的噴粉裝置，為雙層或多層管道結(jié)構(gòu)，一定程度上提高了粉末束流的挺度，但是，在將粉末束流的準(zhǔn)確送進(jìn)熔池方面還是存在不足。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是在于克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提供一種激光粉末焊接用送粉噴嘴，利用這種送粉噴嘴使輸送的粉末束流同時(shí)具有較高的直線挺度及對(duì)準(zhǔn)精度，從而提高激光粉末焊接過(guò)程中的加工質(zhì)量，也大大提高粉末的利用率，降低激光粉末焊接的加工成本。
為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的送粉噴嘴采用圖1所示結(jié)構(gòu)，它包括粉末腔3、設(shè)置在粉末腔下方的保護(hù)氣腔4和送粉管6、保護(hù)氣腔4下端的保護(hù)氣管7，及設(shè)置在粉末腔3外壁的側(cè)向粉末入口9、設(shè)置在保護(hù)氣腔4外壁的保護(hù)氣入口8，在粉末腔3頂蓋的中心位置設(shè)置有通過(guò)導(dǎo)線外接直流電源的激光指示器2；保護(hù)氣腔4內(nèi)部為一漏斗形腔體，腔體內(nèi)設(shè)置有定位輪5，送粉管6通過(guò)設(shè)置在定位輪中心的定位孔53定位，激光指示器2發(fā)出的可見(jiàn)激光與送粉管6同軸。
本實(shí)用新型所述的激光指示器2設(shè)置在在粉末腔3頂蓋的中心位置，并通過(guò)導(dǎo)線外接直流電源，在粉末腔3頂蓋內(nèi)，激光指示器2出光孔附近設(shè)置有一石英窗口10，保護(hù)激光指示器2在送粉噴嘴工作過(guò)程中不受粉末玷污；本實(shí)用新型所述粉末腔3外部設(shè)置有一側(cè)向粉末入口9，內(nèi)部為一漏斗形腔體，腔體下端螺紋聯(lián)接送粉管6；本實(shí)用新型所述保護(hù)氣腔4外部設(shè)置有一保護(hù)氣入口8，內(nèi)部為一漏斗形腔體，腔體內(nèi)壁攻有螺紋，與定位輪5聯(lián)接，腔體下端螺紋聯(lián)結(jié)保護(hù)氣管7。保護(hù)氣從保護(hù)氣入口8進(jìn)入腔內(nèi)，經(jīng)定位輪5的通氣孔，在漏斗形腔體內(nèi)得以整流。
本實(shí)用新型所述定位輪5設(shè)計(jì)為一雙輪軸結(jié)構(gòu)，通過(guò)設(shè)置在上下輪外側(cè)的螺紋裝入保護(hù)氣腔4內(nèi)，下輪開(kāi)有均勻分布的環(huán)形通氣孔，在保護(hù)氣入口8與保護(hù)氣管7形成氣流通道。定位輪中心設(shè)置有定位孔，送粉管6在保護(hù)氣腔4內(nèi)部通過(guò)定位輪5的定位中心孔實(shí)現(xiàn)定位，保證送粉管6與保護(hù)氣管7同軸。
本實(shí)用新型所述的送粉管6，內(nèi)徑設(shè)計(jì)為1.5～3mm，保護(hù)氣管7內(nèi)徑設(shè)計(jì)為3～6mm，在保護(hù)氣腔4的下端，從而形成同軸雙層管道，內(nèi)管為送粉管6，用于粉末束流的輸送，內(nèi)外管道之間則形成環(huán)狀間隙，用于保護(hù)氣的輸送。
采用上述結(jié)構(gòu)后，本實(shí)用新型在工作時(shí)，激光指示器2發(fā)出可見(jiàn)激光，直線傳播，通過(guò)粉末腔3及送粉管6，照射在工件材料表面，通過(guò)調(diào)節(jié)送粉噴嘴的空間位置，就能夠快捷的將送粉噴嘴對(duì)準(zhǔn)焊縫，從而在焊接過(guò)程中使粉末束流精確對(duì)準(zhǔn)激光熔池。
激光焊接填充用金屬粉末利用送粉載氣從粉末入口9送入送粉噴嘴粉末腔3，并通過(guò)送粉管6形成粉末束流，輸送到工件材料表面；保護(hù)氣從保護(hù)氣入口8送入送粉噴嘴保護(hù)氣腔4，通過(guò)定位輪5下輪的環(huán)形通氣孔，并經(jīng)過(guò)漏斗形氣道整流后進(jìn)入保護(hù)氣管7與送粉管6之間的環(huán)狀間隙中，從而形成一管狀氣幕。這樣，保護(hù)氣送出送粉噴嘴后在粉末束流周圍的管狀氣幕對(duì)粉末束流產(chǎn)生拘束作用，粉末束流在管狀氣幕內(nèi)被整流成為直線狀束流，提高了粉末束流的的挺度。激光粉末焊接過(guò)程中，在有效范圍內(nèi)，可使粉末束流對(duì)準(zhǔn)和送入激光熔池，大大提高粉末的利用率，同時(shí)改善了焊接后工件表面粘粉現(xiàn)象。


圖1本實(shí)用新型激光粉末焊接送粉噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖2-指示激光3-粉末腔4-保護(hù)氣腔5-定位輪6-送粉管7-保護(hù)氣管8-保護(hù)氣入口9-粉末入口10-石英窗口圖2圖1中定位輪5結(jié)構(gòu)示意圖51-上輪52-下輪53-定位孔54-通氣孔圖3本實(shí)用新型在激光粉末焊接加工中工作示意圖1-本實(shí)用新型激光粉末焊接送粉噴嘴20-激光束21-焊縫22-工件具體實(shí)施方式
參照?qǐng)D1本實(shí)用新型主要由激光指示器2，粉末腔3，保護(hù)氣腔4，定位輪5，送粉管6及保護(hù)氣管7構(gòu)成。
激光指示器2可采用常用的微型He-Ne激光指示器或者是能發(fā)出紅色，綠色或其他顏色的可見(jiàn)激光的小功率半導(dǎo)體激光器，通過(guò)導(dǎo)線外接直流電源。
粉末腔3內(nèi)部為一漏斗形腔體，下端聯(lián)接送粉管6，外部設(shè)置有一側(cè)向粉末入口9。粉末通過(guò)送粉入口9送入粉末腔內(nèi)時(shí)，沿漏斗形腔體內(nèi)壁做螺旋下降運(yùn)動(dòng)，使粉末在腔體內(nèi)部得以分散和勻化。
保護(hù)氣腔4內(nèi)部為一漏斗形腔體，外部設(shè)置有一保護(hù)氣入口8，外側(cè)上端攻有螺紋，與粉末腔3下端聯(lián)接，保護(hù)氣腔4內(nèi)側(cè)設(shè)置有螺紋，與定位輪5聯(lián)結(jié)，腔體下端連接保護(hù)氣管7。
粉末腔3與保護(hù)氣腔4通過(guò)螺紋連接。
送粉管6內(nèi)徑為2mm，保護(hù)氣管內(nèi)徑為5mm，在保護(hù)氣腔4下部形成一同軸雙層管道，內(nèi)外管道間隙為0.5mm。
參照?qǐng)D2定位輪5為一雙輪軸結(jié)構(gòu)，上輪51及下輪52外側(cè)分別攻有螺紋，下輪52開(kāi)有4個(gè)均勻分布的環(huán)形通氣孔54，通氣孔54寬1mm。定位輪5中心設(shè)置有定位孔53，孔徑與送粉管6外徑間隙配合，保證送粉管6中心定位。
圖3為本實(shí)用新型在激光粉末焊接中的一個(gè)工作示意圖。在激光粉末焊接工程中，先接通指示激光電源，指示激光通過(guò)送粉管照射在工件22表面，調(diào)節(jié)送粉噴嘴1的位置，使指示激光光斑對(duì)準(zhǔn)焊縫21。加載粉末及從保護(hù)氣輸送，激光20在工件22材料坡口處形成熔池，粉末束流就可以準(zhǔn)確地填充到熔池中，形成焊縫21。
權(quán)利要求1.一種激光粉末焊接送粉噴嘴，包括粉末腔(3)、設(shè)置在粉末腔下方的保護(hù)氣腔(4)和送粉管(6)、保護(hù)氣腔(4)下端的保護(hù)氣管(7)，及設(shè)置在粉末腔(3)外壁的側(cè)向粉末入口(9)、設(shè)置在保護(hù)氣腔(4)外壁的保護(hù)氣入口(8)，其特征在于在粉末腔(3)頂蓋的中心位置設(shè)置有通過(guò)導(dǎo)線外接直流電源的激光指示器(2)；保護(hù)氣腔(4)內(nèi)部為一漏斗形腔體，腔體內(nèi)設(shè)置有定位輪(5)，送粉管(6)通過(guò)設(shè)置在定位輪中心的定位孔(53)定位，激光指示器(2)發(fā)出的可見(jiàn)激光與送粉管(6)同軸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光粉末焊接送粉噴嘴，其特征在于激光指示器(2)以螺紋形式與粉末腔(3)的頂蓋連接，并且在激光指示器(2)出光孔附近設(shè)置有一石英窗口(10)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光粉末焊接送粉噴嘴，其特征在于所述定位輪(5)為一雙輪軸結(jié)構(gòu)，保護(hù)氣入口(8)正對(duì)定位輪(5)的上輪(51)、下輪(52)與保護(hù)氣腔(4)之間形成的空腔，下輪(52)上開(kāi)有均勻分布的環(huán)形通氣孔(54)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種激光粉末焊接送粉噴嘴，其特征在于通氣孔(54)寬0.5～2mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種激光粉末焊接送粉噴嘴，其特征在于定位輪(5)通過(guò)設(shè)置在上輪(51)、下輪(52)外側(cè)的螺紋裝入腔體內(nèi)部攻有螺紋的保護(hù)氣腔(4)內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光粉末焊接送粉噴嘴，其特征在于所述的粉末腔(3)內(nèi)部為一漏斗形腔體，與其下端送粉管(6)通過(guò)螺紋連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光粉末焊接送粉噴嘴，其特征在于所述的保護(hù)氣管(7)與保護(hù)氣腔(4)螺紋連接，送粉管(6)與保護(hù)氣管(7)同軸，在保護(hù)氣腔(4)的下端形成同軸雙層管道，內(nèi)管為送粉管(6)，內(nèi)外管道之間形成環(huán)狀間隙。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種激光粉末焊接送粉噴嘴，其特征在于送粉管(6)內(nèi)徑為1.5～3mm，保護(hù)氣管(7)內(nèi)徑為3～6mm。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種激光粉末焊接送粉噴嘴，屬于激光加工技術(shù)領(lǐng)域。它主要包括粉末腔(3)、保護(hù)氣腔(4)、送粉管(6)和保護(hù)氣管(7)。在粉末腔頂蓋中心位置還設(shè)置有激光指示器(2)，保護(hù)氣腔內(nèi)設(shè)置有定位輪(5)，定位輪為一雙輪軸結(jié)構(gòu)，中心設(shè)置有定位孔，下輪開(kāi)有均勻分布的環(huán)行通氣孔，送粉管及保護(hù)氣管在保護(hù)氣腔下端形成同軸雙層管道，內(nèi)管為送粉管，用于粉末輸送，內(nèi)外管道之間則形成環(huán)狀間隙，用于保護(hù)氣的輸送。采用該送粉噴嘴，保護(hù)氣通過(guò)同軸雙層管道的環(huán)狀間隙形成管狀氣幕，提高了粉末束流的挺度，調(diào)節(jié)激光指示器的光斑位置，可快捷的將粉末束流對(duì)準(zhǔn)和送入激光熔池，提高粉末的利用率，改善焊縫質(zhì)量。
文檔編號(hào)B23K26/00GK2838759SQ20052011236
公開(kāi)日2006年11月22日 申請(qǐng)日期2005年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月8日
發(fā)明者陳繼民, 陽(yáng)建華, 胡治華 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)