CN100588741C - 一种适合熔覆层性能梯度变化的激光熔覆工作头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种适合熔覆层性能梯度变化的激光熔覆工作头，属于激光熔覆领域。包括粉气分离筒(7)、送粉喷嘴(15)、混合头(3)、上封头(4)、送粉气输出调节环(5)、粉末输送连接管(10)、下连接头(11)、保护气输入筒(13)、送粉喷嘴压帽(14)、送粉喷嘴座体(16)；其中粉气分离筒(7)的粉气输送管路为渐缩型管路，排气孔沿粉气分离筒中轴线呈径向分布，排气孔中轴线同粉气分离室中轴线夹角α2≤50°。本发明在实现金属粉末和送粉气体分离后，既可降低金属粉末的流出速度，也可保证粉末输送量的变化符合粉末输入量的变化，从而满足激光梯度熔覆技术对激光熔覆工作头粉末输出量连续变化的要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种适合熔覆层性能梯度变化的激光熔覆工作头，专属于激光熔覆领域。
背景技术
先进材料的复合化、多功能化、高性能化和低成本化是先进材料技术的重要发展方向。
采用激光梯度熔覆技术可以连续改变工件熔覆层的性能，以满足工件使用条件对熔覆层性能的要求。连续改变工件熔覆层性能的前提是可以准确控制形成熔覆层的一种或者多种金属粉末的输送，所以使用适合多种粉末材料输送的激光熔覆工作头是非常关键的。
目前激光熔覆使用的熔覆工作头主要由粉气分离室和粉末输送管路两部分组成，如图1所示，粉气分离室22的主要作用是将金属粉末和粉末输送气体分离，排出粉末输送气体，从而降低金属粉末流出熔覆工作头喷嘴的流出速度，有利于熔覆工艺；粉末输送管路的23主要作用是金属粉末的输出通路。由于送粉工作头一般都是在倾斜45度的情况下使用，所以粉末在同载气分离后，由于粉末飞溅和重力的作用，偶尔会有一小部分粉末存积在粉末输送管路顶部的下部分，如果这一小部分积存粉末不及时排出，由于时间的延长，就有可能造成粉末存积，会造成粉末输出的突然增多或者粉末堵塞，影响工艺的顺利进行。这种现象尤其在输送密度较轻的金属粉末时候较易出现。
另外，如果要求粉末输出量为连续变化，由于粉末在脱离粉气通路19后，经过宽大的粉气分离室22后，再进入狭窄的粉末输出通路23，就会造成粉末输出量的连续性变化同粉末输入量的连续性变化不吻合，造成熔覆层性能的连续性变化同设计性能的连续性变化不吻合。
发明内容
本发明的目的是提供一种适合熔覆层性能梯度变化的激光熔覆工作头。
本发明采用的具体技术方案参见图2～图4，主要包括有粉气分离和粉末输送两部分，其中，粉末输送部分包括上连接头9、粉末输送连接管10、下连接头11、封帽12、保护气输入筒13、送粉喷嘴压帽14、送粉喷嘴15、送粉喷嘴座体16，其中：送粉喷嘴15通过上部螺纹同送粉喷嘴压帽14连接在一起，将送粉喷嘴15同送粉喷嘴压帽14安装在送粉喷嘴座体16内，送粉喷嘴压帽14的上端与保护气输入筒13连接，保护气输入筒13螺纹连在送粉喷嘴座体16上部，封帽12螺纹连接在保护气输入筒13上部，下连接头11螺纹连接在封帽12上方，粉喷嘴座体16安装在支架1上，粉末输送连接管10连接在上连接头9和下连接头11之间；其特征在于：所述的粉气分离部分包括粉气分离筒7、混合头3、上封头4、送粉气输出量调节环5、外套筒6、下封头8；其中：粉气分离筒7在其中轴线上有粉气输送管路，粉气输送管路为渐缩型管路，即在整条粉气输送管路直径尺寸中，出口直径D2最小，入口直径D1最大，在粉气分离筒7的侧壁上设置有排气孔24，排气孔24同粉气通路连通；通过上封头4和下封头8将外套筒6固定在粉气分离筒7外侧，在上封头4上部连接有混合头3，用于调节从排气孔排出气体流量的送粉气输出量调节环5螺纹连接在外套筒7上部，上连接头9螺纹连接在下封头8下方，外套筒6连接在支架1上。粉气分离部分的部件除混合头3外，其余部件均为圆柱形结构，在安装过程中，这些部件的中轴线重合。
所述的粉气分离筒7的安装方向是其轴线方向为竖直方向。
所述的混合头3中两路粉末输入通路中轴线夹角α1≤100°。
所述的粉气分离筒7的侧壁上沿圆周方向均匀分布有排气孔24，排气孔24在粉气通路的轴向方向上呈多排分布，排气孔24一端同粉气通路连通，另一端通过粉气分离筒7和外套筒6之间的气体通道与送粉气输出量调节环5相连通；排气孔24的中轴线同粉气分离室中轴线的夹角α2≤50°。
本发明是一种适合熔覆层性能梯度变化的激光熔覆工作头，综合考虑了粉气分离以及粉末输送量连续变化的特点。在实现金属粉末和送粉气体分离后，既可以降低金属粉末的流出速度，也可以保证粉末输送量的变化符合粉末输入量的变化，从而满足激光梯度熔覆工艺对激光熔覆工作头粉末输出量连续变化的要求，使得激光熔覆层性能的连续性变化同熔覆层设计性能的连续性变化相吻合。
该激光熔覆工作头结构紧凑合理，既可以应用于熔覆层性能梯度变化的熔覆工艺中，也可以应用于熔覆层性能恒定的熔覆工艺中。
附图说明
图1目前熔覆工作头粉气分离部分剖视图
图2本发明适合熔覆层性能梯度变化的熔覆工作头剖视图
图3粉气分离室剖视图
图4图3A-A剖视图
图中：1、支架，2、激光束，3、混合头，4、上封头，5、送粉气输出调节环，6、外套筒，7、粉气分离筒，8、下封头，9、上连接头，10、粉末输送连接管，11、下连接头，12、封帽，13、保护气输入筒，14、送粉喷嘴压帽，15、送粉喷嘴，16、送粉喷嘴座体，17、连接头，18、顶盖，19、粉气输送管，20、放气调节螺钉，21、送粉头，22、粉气分离室，23、粉末输送管路，24、排气孔。
具体实施方式
本发明一种适合熔覆层性能梯度变化的激光熔覆工作头，由粉气分离及粉末输送两部分组成，按照图2～图3的设计加工、组装，粉末输送部分包括上连接头9、粉末输送连接管10、下连接头11、封帽12、保护气输入筒13、送粉喷嘴压帽14、送粉喷嘴15、送粉喷嘴座体16，其中：送粉喷嘴15通过上部螺纹同送粉喷嘴压帽14连接在一起，将送粉喷嘴15同送粉喷嘴压帽14安装在送粉喷嘴座体16内，保护气输入筒13螺纹连在送粉喷嘴座体16上部，封帽12螺纹连接在保护气输入筒13上部，下连接头11螺纹连接在封帽12上方，粉喷嘴座体16安装在支架1上，粉末输送连接管10连接在上连接头9和下连接头11之间；粉气分离部分包括粉气分离筒7、支架1、混合头3、上封头4、送粉气输出量调节环5、外套筒6、下封头8；这些部件除混合头3外，其余部件均为圆柱形结构，在安装过程中，这些部件的中轴线重合；其中：粉气分离筒7在其中轴线上有粉气输送管路，粉气输送管路为渐缩型管路，即在整条粉气输送管路直径尺寸中，出口直径D2最小，入口直径D1最大。在粉气分离筒7的侧壁上沿圆周方向均匀分布有排气孔，排气孔在粉气通路的轴向方向上呈多排分布，排气孔一端同粉气通路连通，另一端通过粉气分离筒7和外套筒6之间的气体通道与送粉气输出量调节环5相连通；排气孔在粉气通路的轴向方向上呈多排分布，每个排气孔中轴线同粉气分离室中轴线夹角α2＝45°，排气孔在粉气通路的轴向方向上呈多排分布，通过上封头4和下封头8将外套筒6固定在粉气分离筒7外侧，混合头3安装在上封头4上部，混合头3中两路粉末输入通路中轴线夹角α1＝90°。送粉气输出量调节环5螺纹连接在外套筒7上部，上连接头9螺纹连接在下封头8下方，外套筒6安装在支架1上。
安装时，使粉气分离筒7的轴线方向在竖直方向上，即在其自身的重力方向上，这样可以有效避免粉末在粉末输送管路下部分的存积，提高粉末输送准确度。
合理调节粉气分离部件同粉末输送部分之间的距离，保证粉末输送连接管10的弯曲半径R＞30mm，从而保证粉末顺利平稳输送。
本发明是一种设计原理合理，运行可靠的适合熔覆层性能梯度变化的激光熔覆工作头结构。
Claims (4)
1、一种适合熔覆层性能梯度变化的激光熔覆工作头，包括有粉气分离和粉末输送两部分，其中，粉末输送部分包括上连接头(9)、粉末输送连接管(10)、下连接头(11)、封帽(12)、保护气输入筒(13)、送粉喷嘴压帽(14)、送粉喷嘴(15)、送粉喷嘴座体(16)，其中：送粉喷嘴(15)通过上部螺纹同送粉喷嘴压帽(14)连接在一起，将送粉喷嘴(15)同送粉喷嘴压帽(14)安装在送粉喷嘴座体(16)内，保护气输入筒(13)螺纹连在送粉喷嘴座体(16)上部，封帽(12)螺纹连接在保护气输入筒(13)上部，下连接头(11)螺纹连接在封帽(12)上方，粉喷嘴座体(16)安装在支架(1)上，粉末输送连接管(10)连接在上连接头(9)和下连接头(11)之间；其特征在于：所述的粉气分离部分包括粉气分离筒(7)、混合头(3)、上封头(4)、送粉气输出量调节环(5)、外套筒(6)、下封头(8)；其中：粉气分离筒(7)在其中轴线上有粉气输送管路，粉气输送管路为渐缩型管路，即在整条粉气输送管路直径尺寸中，出口直径D2最小，入口直径D1最大，在粉气分离筒(7)的侧壁上设置有排气孔，排气孔同粉气输送管路连通；通过上封头(4)和下封头(8)将外套筒(6)固定在粉气分离筒(7)外侧，在上封头(4)上部连接有混合头(3)，用于调节排气孔排气量的送粉气输出量调节环(5)螺纹连接在外套筒(7)上部，上连接头(9)螺纹连接在下封头(8)下方，外套筒(6)连接在支架(1)上。
2、根据权利要求1所述的一种适合熔覆层性能梯度变化的激光熔覆工作头，其特征在于：所述的粉气分离筒(7)的轴线在竖直方向上。
3、根据权利要求1所述的一种适合熔覆层性能梯度变化的激光熔覆工作头，其特征在于：所述的混合头(3)中两路粉末输入通路中轴线夹角α1≤100°。
4、根据权利要求1所述的一种适合熔覆层性能梯度变化的激光熔覆工作头，其特征在于：在粉气分离筒(7)的侧壁上沿圆周方向均匀分布有排气孔(24)，排气孔(24)在粉气输送管路的轴向方向上呈多排分布，排气孔(24)一端同粉气输送管路连通，另一端通过粉气分离筒(7)和外套筒(6)之间的气体通道与送粉气输出量调节环(5)相连通；排气孔(24)的中轴线同粉气分离筒(7)的中轴线的夹角α2≤50°。
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