CN102828178B - 用于激光熔覆的同轴喷头 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于激光熔覆的同轴喷头，它具有开设在该喷头的中央的上下贯穿喷头的中央通道、开设在中央通道周围的多个粉末通道，中央通道包括位于第一腔和位于第一腔下方并与第一腔相连通的第二腔，第二腔呈漏斗形，喷头上开设有一端与保护气体添加装置相连接另一端与中央通道相连通的保护气体入口。激光通过保护镜片进入喷头的中央通道，高压保护气体通过保护气体入口进入中央通道，并在中央通道内形成自上而下的流动风从中央通道喷射出，并与从粉末通道喷射出的粉末混合，到达待熔覆的加工件基材表面。由于采用了上述技术方案，有效的防止了粉末被冲入中央通道而造成的危险性，同时形成均匀对称的粉末流场。

Description

用于激光熔覆的同轴喷头
技术领域
本发明涉及一种用于激光熔覆的同轴喷头，属于激光熔覆领域。
背景技术
激光熔覆即高能激光表面熔覆，其物理过程为，在高能激光光束的照射下，基材表面被迅速融化，液态的金属形成一个小规模的熔池，在这个熔池中，原本的金属材料与被添加的粉末相互混合，形成一层新的液态金属层，待激光光束经过以后，熔池的温度降低，液态金属迅速冷却，在金属表面形成一层新的固态熔覆层。激光熔覆可极大的改变该关键部位的金属性能，如硬度、耐磨性、耐热性、抗腐蚀性等。
当今工业界在激光熔覆应用上的主要送粉技术为旁轴喷粉，但由于旁轴喷粉属于分体式喷头，需要两个喷头同时协作，非常不利于复杂表面的加工，因此同轴化喷粉成为新的发展方向。近年来，在同轴化喷粉的基础上，保护气体也被加入同轴化设计，产生了粉末喷射、保护气体一体化同轴的技术。如附图1显示了一种喷粉、保护气体一体化同轴的喷头。然而在国际上，由于一体化同轴喷头的设计尚未完善，因此该技术还有很长的一段发展期。
如附图1中的一体化同轴喷头，它具有开设在该喷头的中央的激光通道2、开设在激光通道2周围的粉末通道3、开设在粉末通道3外围的保护气体通道4，激光通道2、粉末通道3和保护气体通道4均相对独立，互不连通。喷头连接在激光源下方，激光源的底部设置有保护镜片9以防止粉末进入激光源，激光束6通过激光通道2进入喷头并射出，粉末和保护气体分别从粉末通道3和保护气体通道4中喷射出，由于保护气体通道4设置在粉末通道3的外围，保护气体喷出时会将喷出的粉末部分吹入激光通道2，造成危险。当粉末附着在保护镜片9上时，保护镜片9受到污染，透光性极大减弱，激光束6无法通过保护镜片9，从而将保护镜片9烧穿。通过保护镜片被烧穿的空洞，粉末甚至有可能进一步逆向进入激光头，损坏整个激光发射系统。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种用于激光熔覆的及冷却功能一体化的同轴喷头。
为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种用于激光熔覆的同轴喷头，它具有开设在该喷头的中央的上下贯穿喷头的中央通道、开设在中央通道周围的多个粉末通道，中央通道包括位于第一腔和位于第一腔下方并与第一腔相连通的第二腔，第二腔呈漏斗形，喷头上开设有一端与保护气体添加装置相连接另一端与中央通道相连通的保护气体入口。
进一步地，多个保护气体入口位于保护镜片的下方。
更进一步地，多个保护气体入口绕第一腔的中心轴均匀分布。
优选地，保护气体入口与中央通道相连接处在竖直方向上距离喷头底端大于等于5cm。
进一步地，第一腔与第二腔的轴心线相重合。
更进一步地，第一腔的为圆柱形或漏斗形，且第一腔的底端口径小于等于第二腔的顶端口径。
优选地，多个粉末通道位于中央通道的壁与喷头的外壁之间，且绕第一腔的中心轴均匀分布，各粉末通道从上至下自喷头的外壁向中央通道的外壁倾斜设置，且各粉末通道的倾斜角度相同。
本发明用于激光熔覆的同轴喷头，激光通过保护镜片进入喷头的中央通道，高压保护气体通过保护气体入口进入中央通道，并在中央通道内形成自上而下的流动风从中央通道喷射出，并与从粉末通道喷射出的粉末混合，到达待熔覆的加工件基材表面。由于采用了上述技术方案，有效的防止了粉末被冲入中央通道而造成的危险性，同时形成均匀对称的粉末流场。
附图说明
附图1为现有技术中的喷头的剖面结构示意图；
附图2为本发明用于激光熔覆的同轴喷头的剖面结构示意图。
图中标号为：
1、喷头；2、激光通道；3、粉末通道；4、保护气体通道；5、保护气体入口；6、激光束；7、加工件基材；8、熔覆层；9、保护镜片；10、第一腔；11、第二腔；12、聚焦镜片；13、激光头。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
从附图2的结构示意图可以看出，本实施例提供了用于激光熔覆的同轴喷头，它具有开设在该喷头1的中央的上下贯穿喷头1的中央通道、开设在中央通道周围的多个粉末通道3，中央通道包括位于第一腔10和位于第一腔10下方并与第一腔10相连通的第二腔11，第二腔11呈漏斗形，喷头1上开设有一端与保护气体添加装置相连接另一端与第一腔10相连通的保护气体入口5。
多个粉末通道3位于中央通道的外壁与喷头1的外壁之间，且绕第一腔10的中心轴均匀分布，各粉末通道3从上至下自喷头1的外壁向中央通道的外壁倾斜设置，且各粉末通道3的倾斜角度相同。粉末通道3的数量优选为3或4个。粉末通道3的一端与粉末添加装置相连接，另一端贯穿喷头1的底面。
中央通道的第一腔10与第二腔11的轴心线相重合，第一腔10的为圆柱形或漏斗形，且第一腔10的底端口径小于等于第二腔11的顶端口径。第二腔11呈漏斗形，一方面防止粉末从第二腔11底端口进入中央通道，另一方面缩小保护气体喷出时的喷射范围。
保护气体入口5的数量优选为3或4个，保护气体入口5位于保护镜片9的下方，以防止粉末污染保护镜片9。多个保护气体入口5绕第一腔10的中心轴均匀分布，以使保护气体在中央通道内形成风向稳定的流动风。
保护气体入口5与中央通道相连接处在竖直方向上距离喷头1底端大于等于5cm，以保证保护气体从中央通道喷出前在其内形成风向稳定的流动风，进而确保粉末不被冲进中央通道，同时也可保证保护气体从中央通道喷射出后与粉末充分混合。本实施例中的保护气体入口5与中央通道的第一腔10相连通，如能保证上述的5cm的距离，保护气体入口5也可开设在于第二腔11相连通。
激光头13发出激光束6，激光束6经过聚焦镜片12和保护镜片9进入中央通道的第一腔10，高压保护气体从保护气体入口5中央通道，并在中央通道内形成自上而下的流动风从中央通道喷射出，并与从粉末通道3喷射出的粉末混合，到达待熔覆的加工件基材表面。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于激光熔覆的同轴喷头，其特征在于：它具有开设在该喷头（1）中央的上下贯穿喷头（1）的中央通道、开设在中央通道周围的多个粉末通道（3），所述的中央通道包括位于第一腔（10）和位于所述第一腔（10）下方并与第一腔（10）相连通的第二腔（11），所述的第二腔（11）呈漏斗形，所述喷头（1）上开设有一端与保护气体添加装置相连接另一端与所述中央通道相连通的保护气体入口（5），所述的保护气体入口（5）与中央通道相连接处在竖直方向上距离喷头（1）底端大于等于5cm。
2.根据权利要求1所述的用于激光熔覆的同轴喷头，其特征在于：所述的多个保护气体入口（5）位于保护镜片（9）的下方。
3.根据权利要求1所述的用于激光熔覆的同轴喷头，其特征在于：所述的多个保护气体入口（5）绕所述第一腔（10）的中心轴均匀分布。
4.根据权利要求1所述的用于激光熔覆的同轴喷头，其特征在于：所述的第一腔（10）与第二腔（11）的轴心线相重合。
5.根据权利要求1所述的用于激光熔覆的同轴喷头，其特征在于：所述的第一腔（10）的为圆柱形或漏斗形，且第一腔（10）的底端口径小于等于第二腔（11）的顶端口径。
6.根据权利要求1所述的用于激光熔覆的同轴喷头，其特征在于：所述的多个粉末通道（3）位于中央通道的壁与喷头（1）的外壁之间，且绕所述第一腔（10）的中心轴均匀分布，各粉末通道（3）从上至下自喷头（1）的外壁向中央通道的外壁倾斜设置，且各粉末通道（3）的倾斜角度相同。
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