專(zhuān)利名稱(chēng)：用于激光熔覆的一體化同軸噴頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于激光熔覆的一體化同軸噴頭，屬于激光熔覆領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
激光熔覆即高能激光表面熔覆，其物理過(guò)程為，在高能激光光束的照射下，基材表面被迅速融化，液態(tài)的金屬形成一個(gè)小規(guī)模的熔池，在這個(gè)熔池中，原本的金屬材料與被添加的粉末相互混合，形成一層新的液態(tài)金屬層，待激光光束經(jīng)過(guò)以后，熔池的溫度降低，液態(tài)金屬迅速冷卻，在金屬表面形成一層新的固態(tài)熔覆層。激光熔覆可極大的改變?cè)撽P(guān)鍵部位的金屬性能，如硬度、耐磨性、耐熱性、抗腐蝕性等。當(dāng)今工業(yè)界在激光熔覆應(yīng)用上的主要送粉技術(shù)為旁軸噴粉，但由于旁軸噴粉屬于分體式噴頭，需要兩個(gè)噴頭同時(shí)協(xié)作，非常不利于復(fù)雜表面的加工，因此同軸化噴粉成為新 的發(fā)展方向。近年來(lái)，在同軸化噴粉的基礎(chǔ)上，保護(hù)氣體也被加入同軸化設(shè)計(jì)，產(chǎn)生了粉末噴射、保護(hù)氣體一體化同軸的技術(shù)。如附圖I顯示了一種噴粉、保護(hù)氣體一體化同軸的噴頭。然而在國(guó)際上，由于一體化同軸噴頭的設(shè)計(jì)尚未完善，因此該技術(shù)還有很長(zhǎng)的一段發(fā)展期。如附圖I中的一體化同軸噴頭，它具有開(kāi)設(shè)在該噴頭的中央的激光通道2、開(kāi)設(shè)在激光通道2周?chē)亩鄠€(gè)粉末通道3、開(kāi)設(shè)在粉末通道3外圍的保護(hù)氣體通道4，激光通道2、粉末通道3和保護(hù)氣體通道4均相對(duì)獨(dú)立，互不連通。激光、粉末、保護(hù)氣體從各自通道噴射出噴頭后匯聚在一起并在待熔覆的加工件表面進(jìn)行熔覆?，F(xiàn)有技術(shù)中的粉末通道如附圖I中所示均為直通道，繞激光通道2的中心軸均勻分布，各通道噴射出的粉末流分別集中在各自的噴射區(qū)域，很難形成密度均勻的粉末流場(chǎng)，且各粉末流的匯聚點(diǎn)到噴頭底端的距離較遠(yuǎn)，從而影響熔覆效果，激光熔池的張力、熔融比例、熔覆高度等一系列熔覆結(jié)果都難以得到控制。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種用于激光熔覆的及冷卻功能一體化的同軸噴頭。為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種用于激光熔覆的一體化同軸噴頭，它具有開(kāi)設(shè)在該噴頭中央的上下貫通噴頭的中央通道，中央通道的底部呈漏斗形，在中央通道的外壁與噴頭的外壁之間開(kāi)設(shè)有粉末總通道，該粉末總通道包括位于噴頭下部的貫穿噴頭底面的混合通道、多個(gè)一端與粉末添加裝置相連接另一端與混合通道相連通的呈螺旋形的第一通道，混合通道呈漏斗形，且其垂直于中央通道中心軸的截面為環(huán)形。進(jìn)一步地，混合通道在中央通道中心軸方向上的高度為5cm 8cm。優(yōu)選地，第一通道呈螺旋形。更優(yōu)地，第一通道的旋轉(zhuǎn)角位移為170° 280°。進(jìn)一步地，混合通道的中心軸與中央通道的中心軸相重合。
更進(jìn)ー步地，多個(gè)第一通道繞中央通道的中心軸均勻分布。進(jìn)ー步地，噴頭上開(kāi)設(shè)有與中央通道相連通的保護(hù)氣體入口，且多個(gè)保護(hù)氣體入ロ位于保護(hù)鏡片的下方，激光通過(guò)保護(hù)鏡片進(jìn)入噴頭的中央通道，高壓保護(hù)氣體通過(guò)保護(hù)氣體入口進(jìn)入中央通道，并在中央通道內(nèi)形成自上而下的流動(dòng)風(fēng)從中央通道噴射出，并與從第一通道噴射出的粉末混合，到達(dá)待熔覆的加工件基材表面。更進(jìn)ー步地，多個(gè)保護(hù)氣體入口繞中央通道的中心軸均勻分布。更進(jìn)一歩地，保護(hù)氣體入口與中央通道相連接處在豎直方向上距離噴頭底端大于等于5cm。本發(fā)明用于激光熔覆的一體化同軸噴頭，通過(guò)將原有的直線(xiàn)形的粉末通道設(shè)計(jì)成多個(gè)螺旋形通道和漏斗形通道兩部分，粉末從各個(gè)第一通道噴射出進(jìn)入混合通道進(jìn)行混合，再?gòu)幕旌贤ǖ赖锥说沫h(huán)形ロ噴射出噴頭形成粉末流場(chǎng)，粉末流場(chǎng)在繞軸向360°內(nèi)呈完 全對(duì)稱(chēng)分布，流場(chǎng)整體均勻性大大提高，且粉末流場(chǎng)更加集中、密度増大，粉末流場(chǎng)的最小匯聚點(diǎn)與噴頭底端的距離縮短，從而改善了激光熔池的張カ、熔融比例、熔覆高度等一系列熔覆結(jié)果。


附圖I為現(xiàn)有技術(shù)中的噴頭的剖面結(jié)構(gòu)示意 附圖2為本發(fā)明用于激光熔覆的一體化同軸噴頭的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標(biāo)號(hào)為
I、噴頭；2、激光通道；3、粉末通道；4、保護(hù)氣體通道；5、保護(hù)氣體入口 ；6、激光束；7、加工件基材；8、熔覆層；9、保護(hù)鏡片；10、第一腔；11、第二腔；12、聚焦鏡片；13、激光頭；14、第一通道；15、混合通道。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。從附圖2的結(jié)構(gòu)示意圖可以看出，本實(shí)施例提供了一種用于激光熔覆的一體化同軸噴頭，它具有開(kāi)設(shè)在該噴頭I中央的上下貫通噴頭I的中央通道，中央通道的底部呈漏斗形，在中央通道的外壁與噴頭I的外壁之間開(kāi)設(shè)有粉末總通道，該粉末總通道包括位于噴頭I下部的貫穿噴頭I底面的混合通道15、多個(gè)一端與粉末添加裝置相連接另一端與混合通道15相連通的第一通道14，混合通道15呈漏斗形，且其垂直于中央通道中心軸的截面為環(huán)形。中央通道包括位于第一腔10和位于第一腔10下方并與第一腔10相連通的第二腔11，中央通道的第一腔10與第二腔11的軸心線(xiàn)相重合，第一腔10的為圓柱形或漏斗形，且第一腔10的底端口徑小于等于第二腔11的頂端口徑。第二腔11呈漏斗形，一方面防止粉末從第二腔11底端ロ進(jìn)入中央通道，另ー方面縮小保護(hù)氣體噴出時(shí)的噴射范圍。保護(hù)氣體入口 5的一端與保護(hù)氣體填充裝置相連接，另一端與中央通道相連通。保護(hù)氣體入口 5的數(shù)量?jī)?yōu)選為3或4個(gè)，保護(hù)氣體入口 5位于保護(hù)鏡片9的下方，以防止粉末污染保護(hù)鏡片9。多個(gè)保護(hù)氣體入口 5繞第一腔10的中心軸均勻分布，以使保護(hù)氣體在中央通道內(nèi)形成風(fēng)向穩(wěn)定的流動(dòng)風(fēng)。保護(hù)氣體入口 5與中央通道相連接處在豎直方向上距離噴頭I底端大于等于5cm，以保證保護(hù)氣體從中央通道噴出前在其內(nèi)形成風(fēng)向穩(wěn)定的流動(dòng)風(fēng)，進(jìn)而確保粉末不被沖進(jìn)中央通道，同時(shí)也可保證保護(hù)氣體從中央通道噴射出后與粉末充分混合。本實(shí)施例中的保護(hù)氣體入口 5與中央通道的第一腔10相連通，如能保證上述的5cm的距離，保護(hù)氣體入口5也可開(kāi)設(shè)在于第二腔11相連通。第一通道14優(yōu)選為3或4條，并繞中央通道的中心軸均勻分布，附圖2中只畫(huà)出一條以示說(shuō)明。第一通道14呈螺旋形，且旋轉(zhuǎn)角位移為170° 280°，角位移大小取決于第一通道14的粉末入口至噴頭低端的垂直長(zhǎng)度，角位移過(guò)大會(huì)造成粉末在通道內(nèi)流動(dòng)不暢，甚至造成堵塞，而角位移過(guò)小則對(duì)現(xiàn)有技術(shù)改善效果不明顯。第一通道14的粉末入口處的尺寸大于粉末出口處的尺寸，以增加粉末噴射出噴頭時(shí)的壓力?；旌贤ǖ?5的中心軸與中央通道的中心軸相重合，混合通道15在中央通道中心軸方向上的高度為5cm 8cm，如果該高度過(guò)小粉末不能充分混合，如果低于該高度過(guò)高一 方面會(huì)影響混合通道15的傾斜角度，進(jìn)而影響粉末流場(chǎng)的最小匯聚點(diǎn)與噴頭底端的距離， 另一方面粉末的消耗量會(huì)較大。激光頭13發(fā)出激光束6，激光束6經(jīng)過(guò)聚焦鏡片12和保護(hù)鏡片9進(jìn)入中央通道的第一腔10，高壓保護(hù)氣體從保護(hù)氣體入口 5中央通道，并在中央通道內(nèi)形成自上而下的流動(dòng)風(fēng)從中央通道噴射出，粉末從各個(gè)第一通道14噴射出進(jìn)入混合通道15進(jìn)行混合，再?gòu)幕旌贤ǖ?5底端的環(huán)形口噴射出噴頭形成粉末流場(chǎng)，激光、保護(hù)氣體、粉末共同到達(dá)待熔覆的加工件表面。通過(guò)將原有的直線(xiàn)形的粉末通道3設(shè)計(jì)成多個(gè)螺旋形的第一通道14和漏斗形的混合通道15，粉末流場(chǎng)在繞軸向360°內(nèi)呈完全對(duì)稱(chēng)分布，流場(chǎng)整體均勻性大大提高，且粉末流場(chǎng)更加集中、密度增大，粉末流場(chǎng)的最小匯聚點(diǎn)與噴頭底端的距離縮短，從而改善了激光熔池的張力、熔融比例、熔覆高度等一系列熔覆結(jié)果。上述實(shí)施例只為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于激光熔覆的一體化同軸噴頭，其特征在于它具有開(kāi)設(shè)在該噴頭(I)中央的上下貫通噴頭(I)的中央通道，所述的中央通道的底部呈漏斗形，在中央通道的外壁與噴頭(I)的外壁之間開(kāi)設(shè)有粉末總通道，該粉末總通道包括位于噴頭(I)下部的貫穿噴頭(I)底面的混合通道(15)、多個(gè)一端與粉末添加裝置相連接另一端與所述混合通道(15)相連通的第一通道(14)，所述的混合通道(15)呈漏斗形，且其垂直于所述中央通道中心軸的截面為環(huán)形。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于激光熔覆的一體化同軸噴頭，其特征在于所述的混合通道(15)在所述中央通道中心軸方向上的高度為5cm 8cm。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于激光熔覆的一體化同軸噴頭，其特征在于所述的第一通道(14)呈螺旋形。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于激光熔覆的一體化同軸噴頭，其特征在于所述的第一通道(14)的旋轉(zhuǎn)角位移為170° 280°。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于激光熔覆的一體化同軸噴頭，其特征在于所述的混合通道(15)的中心軸與所述中央通道的中心軸相重合。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于激光熔覆的一體化同軸噴頭，其特征在于所述的多個(gè)第一通道(14)繞所述中央通道的中心軸均勻分布。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于激光熔覆的一體化同軸噴頭，其特征在于所述噴頭(I)上開(kāi)設(shè)有與所述中央通道相連通的保護(hù)氣體入口(5)，且所述的多個(gè)保護(hù)氣體入口(5)位于保護(hù)鏡片(9)的下方。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于激光熔覆的一體化同軸噴頭，其特征在于所述的多個(gè)保護(hù)氣體入口(5)繞所述中央通道的中心軸均勻分布。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于激光熔覆的一體化同軸噴頭，其特征在于所述的保護(hù)氣體入口(5)與中央通道相連接處在豎直方向上距離噴頭(I)底端大于等于5cm。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于激光熔覆的一體化同軸噴頭，它具有開(kāi)設(shè)在該噴頭中央的上下貫通噴頭的中央通道，中央通道的底部呈漏斗形，在中央通道的外壁與噴頭的外壁之間開(kāi)設(shè)有粉末總通道，該粉末總通道包括位于噴頭下部的貫穿噴頭底面的混合通道、多個(gè)一端與粉末添加裝置相連接另一端與混合通道相連通的呈螺旋形的第一通道，混合通道呈漏斗形，且其垂直于中央通道中心軸的截面為環(huán)形。粉末從各個(gè)第一通道噴射出進(jìn)入混合通道進(jìn)行混合，再?gòu)幕旌贤ǖ赖锥说沫h(huán)形口噴射出噴頭形成粉末流場(chǎng)，流場(chǎng)整體均勻性大大提高，且粉末流場(chǎng)更加集中、密度增大，粉末流場(chǎng)的最小匯聚點(diǎn)與噴頭底端的距離縮短，從而改善了熔覆結(jié)果。
文檔編號(hào)B23K26/14GK102828177SQ20121029322
公開(kāi)日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月16日
發(fā)明者張翀昊, 柳岸敏, 黃佳欣, 黃和芳, 張祖洪 申請(qǐng)人:張家港市和昊激光科技有限公司