CN106400004A - 一种用于激光熔覆喷头的螺旋微肋水冷装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于激光熔覆喷头的螺旋微肋水冷装置，由水冷锥套和熔覆喷头组成，水冷锥套位于熔覆喷头下部并通过螺纹配合连接。水冷锥套壁内设置多层环形通道，环形通道绕熔覆喷头轴向向上逐层增大，每层环形通道之间通过连接通道连通，环形通道内壁面上设有圆弧凸肋，用于强化换热冷却。水冷锥套底部有激光孔和送粉孔与熔覆喷头的送粉通道和激光通道对应相通。工作时，外部供水系统从水冷锥套进水口供给冷却水，冷却水由底部逐层流过环形通道，从水冷锥套出水口被抽出。水冷锥套结构包覆熔覆喷头，通过导热保护熔覆喷头以及遮挡激光反射和熔池热辐射；环形通道及圆弧凸肋结构使熔覆喷头控温散热、提升熔覆喷头的应用效果。

Description

一种用于激光熔覆喷头的螺旋微肋水冷装置

技术领域

本发明涉及激光加工及高温部件冷却技术，具体地说，涉及一种用于激光熔覆喷头的螺旋微肋水冷装置。

背景技术

激光熔覆技术兴起于20世纪80年代，是一种先进的金属零件表面强化、改进和修复的技术，其基本原理是:在基材表面添加熔覆材料，采用具有一定功率密度的激光束扫描基材表面，使之完全熔化，形成稀释度极低并于基体材料与冶金结合的表面涂层。激光熔覆技术由于具有节约稀有金属、能提高材料表面性能、保护环境、降低能耗的优势而受到越来越多的关注。

目前，在激光熔覆系统中，激光熔覆送粉系统大多采用激光熔覆喷头来进行送粉，激光熔覆喷头的使用寿命对熔覆质量影响很大，由于激光熔覆喷头与加工部位的距离很近，容易受到熔池的热辐射和激光的反射的影响，从而影响激光熔覆喷头的温度迅速升高，所以对激光熔覆喷头的要求必须是具有非常好的冷却效果。

在专利CN1570190A中提出“一种内置式激光熔覆喷嘴”，激光熔覆喷嘴结构中的冷却效果，通过在锥形筒体的底部壁内置的与冷却水路相通的冷却水环实现，虽然该冷却水环置于锥形筒体的底部壁内，但是由于其入口开设在锥形筒体的上端，对于激光熔覆喷头的高温区，即激光熔覆喷头底部的冷却效果并不很明显；另外，该喷嘴结构由多个零件装配而成，整体结构复杂，容易因装配不当影响送粉效果或发生漏水的问题。因此，提供一种既具有高效冷却效果又易于装配使用的水冷装置非常必要。

发明内容

为了避免现有技术中激光熔覆喷头的冷却部件加工复杂，冷却面积有限，以及冷却结构不可更换的缺陷；本发明提出一种用于激光熔覆喷头的螺旋微肋水冷装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括水冷锥套、熔覆喷头，其特征在于水冷锥套还包括环形通道、圆弧凸肋、连接通道、出水口、进水口、激光孔、送粉孔，所述水冷锥套为圆环与圆锥一体结构的倒锥形体，水冷锥套上部分圆环内壁有螺纹，水冷锥套位于熔覆喷头下部，且与熔覆喷头螺纹连接，水冷锥套与熔覆喷头同轴，且完全包覆熔覆喷头底部；

所述水冷锥套壁内设有多层环形通道，环形通道绕熔覆喷头轴向向上逐层增大，每层环形通道之间通过连接通道连接相通，环形通道内壁面上设置圆弧凸肋，用于强化换热冷却，水冷锥套底部中心开有激光孔，沿激光孔周向均匀分布有送粉孔，激光孔与熔覆喷头内激光通道对应相通，且激光孔直径大于激光通道端口直径，送粉孔与熔覆喷头的送粉通道对应相通，且送粉孔直径大于送粉通道直径，水冷锥套侧壁上开有出水口和进水口分别与环形通道上端口和下端口相连通，水冷锥套的出水口和进水口分别与外设冷却系统连接。

所述圆弧凸肋沿环形通道内壁面周向单排环绕，且沿环形通道内壁等间距分布。

所述环形通道截面为圆形或椭圆形。

所述环形通道的中心轴线与激光通道的中心轴线相重合。

所述水冷锥套的送粉孔为多个，且与熔覆喷头的送粉通道数量相同。

所述熔覆喷头为锥形体，内腔为激光通道且与熔覆喷头同轴，熔覆喷头壁内设置等直径送粉通道，多个送粉通道沿熔覆喷头中轴线周向均匀分布，且送粉通道轴线的延长线汇聚于一点。

有益效果

本发明提出的一种用于激光熔覆喷头的螺旋微肋水冷装置，采用带有圆弧凸肋的环形通道的水冷锥套，水冷锥套位于熔覆喷头下部，水冷锥套结构完全包覆熔覆喷头，环形通道结构环绕整个激光熔覆喷头，实现对熔覆喷头的冷却；水冷锥套底部覆盖熔覆喷头的底部，通过导热保护熔覆喷头，而且具有遮挡来自激光反射,以及熔池热辐射所带来的较高的热量的作用，增加熔覆喷头的安全可靠性。在水冷锥套底部有激光孔和送粉孔与送粉通道和激光通道对应相通；熔覆喷头在水冷锥套的环形通道及环形通道内壁面上圆弧凸肋的强化冷却下导热，有效地避免由于熔覆喷头在高温影响下的变形而使粉料阻塞出粉口的情况，提高了送粉的工作时间及熔覆效果。

本发明用于激光熔覆喷头的螺旋微肋水冷装置，具有结构简单、加工方便、拆卸安装便捷、生产成本低的特点；适用于激光熔覆、激光三维制造、材料合成、激光修复及激光加工领域。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种用于激光熔覆喷头的螺旋微肋水冷装置作进一步详细说明。

图1为本发明用于激光熔覆喷头的螺旋微肋水冷装置轴测图。

图2为本发明图1的A-A向剖视图。

图3为本发明用于激光熔覆喷头的螺旋微肋水冷装置示意图。

图4为本发明图3的B-B向剖视图。

图5为本发明图3的C-C向剖视图。

图6为本发明的水冷锥套与熔覆喷头配合连接后轴测图。

图7为本发明的水冷锥套与熔覆喷头配合连接后仰视图。

图8为本发明图7的D-D向剖视图。

图中:

1.出水口 2.进水口 3.激光孔 4.送粉孔 5.环形通道 6.送粉通道 7.激光通道8.水冷锥套 9.熔覆喷头 10.圆弧凸肋 11.连接通道

具体实施方式

本实施例是一种用于激光熔覆喷头的螺旋微肋水冷装置。

参阅图1～图8，本实施例用于激光熔覆喷头的螺旋微肋水冷装置，由水冷锥套8和熔覆喷头9组成；其中,水冷锥套8还包括环形通道5、圆弧凸肋10、连接通道11、出水口1、进水口2、激光孔3、送粉孔4；水冷锥套8为圆环与圆锥一体结构的倒锥形体，水冷锥套8上部分圆环内壁有螺纹，水冷锥套8位于熔覆喷头9下部，水冷锥套8与熔覆喷头9通过螺纹配合连接；水冷锥套8的中心轴线与熔覆喷头9的中心轴线相重合，且水冷锥套8结构完全包覆熔覆喷头底部。

水冷锥套8壁内设有环形通道5，环形通道5环绕熔覆喷头9轴向向上逐层增大，每层环形通道5之间通过连接通道11连接相通，环形通道5内壁面加工有圆弧凸肋10，用于强化换热冷却；圆弧凸肋10沿环形通道5内壁面周向单排环绕，且沿环形通道内壁等间距分布。环形通道5的中心轴线与熔覆喷头9的激光通道7的中心轴线相重合；环形通道5的截面为圆形或椭圆形结构。水冷锥套8底部中心加工有激光孔3，激光孔3的周向均匀分布有送粉孔4，激光孔3与熔覆喷头内激光通道7对应相通，且激光孔3的直径大于激光通道端口直径；送粉孔4与熔覆喷头的送粉通道6对应相通，且送粉孔4直径大于送粉通道6直径，保证送粉通道6和激光通道7的畅通。

本实施例中,水冷锥套的送粉孔4为三个等直径通孔，水冷锥套的送粉孔4的数量与熔覆喷头的送粉通道6的数量相同。环形通道5半径、连接通道11角度和环形通道5截面尺寸均需根据熔覆喷头9的实际尺寸、水冷锥套8壁的厚度及冷却效果而定。

本实施例中,水冷锥套8侧壁上加工有出水口1和进水口2分别与环形通道5的上端口和下端口相连通，水冷锥套8的出水口1和进水口2分别与外设的冷却系统连接。工作时，外设的冷却系统将冷却水由水冷锥套8下端的进水口2进入环形通道5，冷却水通过环形通道环绕整个熔覆喷头9后，冷却系统再将冷却水从水冷锥套8上端的出水口1抽出，并通过外部的冷却系统回收，实现对熔覆喷头9的冷却。冷却水在流过整个环形通道5的同时，由于环形通道5内壁面上的圆弧凸肋10的作用，有效地强化冷却效果。水冷锥套8结构包覆熔覆喷头9的底部，通过导热对熔覆喷头9进行保护，同时具有遮挡来自激光反射,以及熔池热辐射所带来的较高的热量的作用。环形通道5以及圆弧凸肋10结构，使熔覆喷头9的温度分布散热、强化冷却，提升熔覆喷头9熔覆效果。

本实施例中，熔覆喷头9为倒锥形结构，上部分为台阶圆柱体、下部分为锥形体结构，内腔加工有激光通道7且与熔覆喷头9同轴，激光通道7为台阶圆锥孔。熔覆喷头9体内设有等直径送粉通道6，三个送粉通6道以熔覆喷头9中轴线周向均匀分布，且三个送粉通道6的轴线的延长线汇聚于一点，实现三孔同轴送粉。在熔覆喷头9工作之前，将带有环形通道5的水冷锥套8与熔覆喷头9装配通过螺纹连接。由于水冷锥套8结构为单一整体部件，不会出现因装配不当影响冷却效果，或发生漏水现象。装配完成后，水冷锥套8结构完全包覆熔覆喷头9，水冷锥套8底部加工的激光孔3和送粉孔4分别与熔覆喷头9的激光通道7和送粉通道6相对应，且激光孔3和送粉孔4的直径大于激光通道端口直径和送粉通道6的直径；保证送粉通道6与激光通道7的畅通。当熔覆喷头9工作时，外设的冷却系统将冷却水由水冷锥套8下端的进水口2送入环形通道5，环绕整个熔覆喷头9后，冷却系统再将冷却水从水冷锥套8上端的出水口1抽出，并通过外部的冷却系统回收。在经过整个环形通道5的同时，通过环形通道内圆弧凸肋10的作用，有效地加强冷却效果。水冷锥套8结构包覆熔覆喷头9的底部，通过导热及遮挡，保护受热辐射影响最大的熔覆喷头下缘。

Claims (6)

1.一种用于激光熔覆喷头的螺旋微肋水冷装置，包括水冷锥套、熔覆喷头，其特征在于:水冷锥套还包括环形通道、圆弧凸肋、连接通道、出水口、进水口、激光孔、送粉孔，所述水冷锥套为圆环与圆锥一体结构的倒锥形体，水冷锥套上部分圆环内壁有螺纹，水冷锥套位于熔覆喷头下部，且与熔覆喷头螺纹连接，水冷锥套与熔覆喷头同轴，且完全包覆熔覆喷头底部；

所述水冷锥套壁内设有多层环形通道，环形通道绕熔覆喷头轴向向上逐层增大，每层环形通道之间通过连接通道连接相通，环形通道内壁面上设置圆弧凸肋，用于强化换热冷却，水冷锥套底部中心开有激光孔，沿激光孔周向均匀分布有送粉孔，激光孔与熔覆喷头内激光通道对应相通，且激光孔直径大于激光通道端口直径，送粉孔与熔覆喷头的送粉通道对应相通，且送粉孔直径大于送粉通道直径，水冷锥套侧壁上开有出水口和进水口分别与环形通道上端口和下端口相连通，水冷锥套的出水口和进水口分别与外设冷却系统连接。

2.根据权利要求1所述的用于激光熔覆喷头的螺旋微肋水冷装置，其特征在于:所述圆弧凸肋沿环形通道内壁面周向单排环绕，且沿环形通道内壁等间距分布。

3.根据权利要求1所述的用于激光熔覆喷头的螺旋微肋水冷装置，其特征在于:所述环形通道截面为圆形或椭圆形。

4.根据权利要求1所述的用于激光熔覆喷头的螺旋微肋水冷装置，其特征在于:所述环形通道的中心轴线与激光通道的中心轴线相重合。

5.根据权利要求1所述的用于激光熔覆喷头的螺旋微肋水冷装置，其特征在于:所述水冷锥套的送粉孔为多个，且与熔覆喷头的送粉通道数量相同。

6.根据权利要求1所述的用于激光熔覆喷头的螺旋微肋水冷装置，其特征在于:所述熔覆喷头为锥形体，内腔为激光通道且与熔覆喷头同轴，熔覆喷头壁内设置等直径送粉通道，多个送粉通道沿熔覆喷头中轴线周向均匀分布，且送粉通道轴线的延长线汇聚于一点。