CN106637193B - 一种同轴激光熔覆装置与输粉机及其熔覆方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种同轴激光熔覆装置与输粉机及其熔覆方法。熔覆装置是锥形熔覆筒，它有套筒、调节筒与锥形外壳，调节筒有锥形防粉筒。锥形外壳的锥形聚粉筒在锥形防粉筒外。锥形外壳安装着氩气输入接头与氩料混合输入接头，氩料混合输入接头安装着环形的有水平环形段的氩料混合喷管，水平环形段有喷粉孔。熔覆方法是输粉机把氩气熔覆混和料输给熔覆装置，由喷粉孔喷出，把熔覆料熔覆到试样。本熔覆装置结构简单，结合输粉机用本熔覆方法，避免粉末堵塞管道。

Description

一种同轴激光熔覆装置与输粉机及其熔覆方法

技术领域

本发明涉及一种同轴激光熔覆装置。

本发明还涉及利用该同轴激光熔覆装置来实现的同轴激光熔覆方法。

背景技术

激光熔覆技术是指以不同的填料方式在被涂覆基体表面上放置特定的涂层材料，经高能密度激光辐照使之和基体表面薄层同时熔化，其快速凝固后形成稀释度极低，并与基体材料成冶金结合的表面涂层，使得材料表面成分、组织结构和性能实现预期变化的新兴技术。激光熔覆技术一般是在低级材料上涂覆一些具有某类功能的特殊材料，如在自熔合金中加入超硬陶瓷颗粒形成耐磨涂层，基于镍基非晶态合金的耐蚀涂层，基于氧化物陶瓷颗粒的金属基复合热障涂层，钛基熔覆生物玻璃的生物陶瓷等。根据涂覆填料方式的不同可将激光熔覆技术分为预置涂覆以及同步粉末喷嘴涂覆。其中同步粉末喷嘴涂覆又可细分为侧向喷嘴涂覆，不连续同轴喷嘴涂覆和连续同轴喷嘴涂覆。基于连续同轴喷嘴涂覆的激光熔覆技术最为理想，其优势包括熔覆涂层均匀且缺陷少，涂层厚度易于控制，对工件平整度要求小。然而连续同轴喷嘴涂覆设备价格昂贵，主要原因有二：大多数同轴喷嘴涂覆设备都是整合了喷头，激光器，粉末进给系统，控制系统，移动机械手臂等多个系统，其喷头并不单独出售；喷头的设计相对复杂，导致其制作工艺要求高，制作成本大。

现有的同轴激光熔覆方法所用的粉末进给装置利用离心力控制出粉量，再经过重力作用进入输粉管道。但是对于生物陶瓷粉末比如羟基磷灰石或粘度大的粉末，会造成管道堵塞。

发明内容

为了克服现有同轴激光熔覆装置的上述不足，本发明提供一种结构相对简单，制作工艺要求较底，生产成本低，且能够作为配件单独安装在已有的激光设备上的同轴激光熔覆装置，从而使普通激光设备具备激光熔覆的功能。

此外，本发明还提供一种能够避免粉末堵塞管道的同轴激光熔覆方法。

本同轴激光熔覆装置是一个锥形熔覆筒，其特征是：

锥形熔覆筒有一个套筒、调节筒、氩料混合喷管与锥形外壳，套筒的上部有两个一端开口的开口槽，调节筒由下部的锥形防粉筒与上部的直筒构成；锥形外壳有锥形聚粉筒在锥形防粉筒外，两者之间有间隔，该间隔由上到下逐步减小，锥形聚粉筒与锥形防粉筒同轴。

锥形外壳有直外筒，在直外筒的侧面有侧通孔，在侧通孔安装着氩气输入接头；直外筒的顶端有圆环板，圆环板有上通孔，上通孔安装着氩料混合输入接头，氩料混合输入接头安装着氩料混合喷管；氩料混合喷管是呈开口的环形铜管，进料端紧固在氩料混合输入接头，氩料混合喷管有水平环形段，水平环形段弯成一端封闭的不小于320°的环形；

水平环形段底下在水平环形段所在平面内（360°范围内）有5—7个均布的喷粉孔，除最后一个喷粉孔外，其余的喷粉孔的直径依次增大，喷粉孔的最小直径为Φ2mm—Φ2.5mm，最后一个喷粉孔的直径小于最大喷粉孔的直径（如有六个喷粉孔，第一喷粉孔的直径最小，最后一个喷粉孔是第六喷粉孔，最大喷粉孔是第五喷粉孔）。

上述的同轴激光熔覆装置，其特征是：所述的套筒的下部有外螺纹与内螺纹，所述锥形防粉筒上端的外螺纹拧在直筒下端螺纹段的内螺纹，直筒的外螺纹拧在套筒下端的内螺纹，并用调节螺环紧固；所述锥形外壳由锥形聚粉筒的上端拧在直外筒的下端构成；所述圆环板的中部有内螺纹孔拧在套筒的外螺纹，由紧固环紧固。

同轴激光熔覆装置进一步说明，其特征是：所述的喷粉孔是第一喷粉孔、第二喷粉孔、第三喷粉孔、第四喷粉孔、第五喷粉孔与第六喷粉孔，六个喷粉孔320°均匀分布，即以环形圈的中点为中心，两相邻的两喷粉孔之间的角度是60°；第一喷粉孔的直径为Φ2±0.2mm，第二喷粉孔的直径为Φ2.2±0.2mm，第三喷粉孔的直径为Φ2.4±0.2mm，第四喷粉孔的直径为Φ2.6±0.2mm，第五喷粉孔的直径为Φ2.8±0.2mm，第六喷粉孔的直径为Φ2.7±0.2mm。（这里只能向上偏或只能向下偏）

本同轴激光熔覆装置中的最佳值是：所述套筒的内直径是Φ68±2mm；所述锥形防粉筒的上端外直径是Φ66 mm±2mm，下端内直径是Φ9mm±1mm，锥形防粉筒的圆锥角是40°±3°；

锥形外壳的直外筒的外直径是Φ140±2mm，锥形外壳的锥形聚粉筒的下端内直径Φ13±2mm，圆锥角70°±3；

所述氩料混合喷管内径Φ5—6mm。

本发明的同轴激光熔覆装置要有输粉机配合使用（输粉机也可视为同轴激光熔覆装置的一部分）。本发明的输粉机有减速器与输送机壳，减速器安装在输送机壳上， 其特征是：还有螺旋推进器与接管漏斗；减速器与输送机壳之间密封，还有输出轴；输送机壳为圆筒形，下部为锥形底，在锥形底有出料孔，螺旋推进器杆由转杆联轴器与输出轴的下端联接，螺旋推进器安装在出料孔；输送机壳的下端还有上法兰与接管漏斗，接管漏斗上有下法兰，下法兰与上法兰联接，输料管的一端接在接管漏斗的下端；

输料管的另一端联接在三通管的中间管，还配第一氩气瓶与第二氩气瓶，第一氩气管的一端联接在第一氩气瓶的第一阀门，第一氩气管的另一端联接着三通管的直管的一端，三通管的直管的另一端与氩料混合输入管联接；输氩管联接在第二氩气瓶的第二阀门。

上述的输粉机，其特征是：所述的减速器是蜗杆减速器，减速器的上盖由轴承盖安装着上轴承用第一紧固螺钉紧固在减速器下壳；减速器下壳与输粉机壳上盖为一体并有轴孔，在轴孔内安装着下轴承与O型圈，O型圈将减速器与输送机壳之间密封；所述的输出轴安装在上轴承与下轴承，输出轴在上轴承与下轴承之间为蜗轮安装轴，蜗轮安装轴上安装着蜗轮，蜗杆由两端的蜗杆轴承座安装在减速器下壳，蜗杆与减速器下壳外的电动机联接；输粉机壳上盖用第二紧固螺钉与输送机壳紧固在一起，在输粉机壳上盖与输送机壳之间有第一密封环密封，在输送机壳上盖有加料口，在加料口有加料盖，之间有密封垫；在所述的上法兰与下法兰之间有第二密封环。

本发明的同轴激光熔覆方法，熔覆步骤如下：

Ⅰ把锥形熔覆筒安装在激光头，接通激光头的进水管与出水管。输粉机的氩料混合输入管与氩料混合输入接头联接；第二氩气瓶的输氩管接在锥形熔覆筒的氩气输入接头；把试样放在锥形熔覆筒下；

开启激光器与输粉机及第一氩气瓶和第二氩气瓶；

Ⅱ把熔覆料由输料机的输料管及第一氩气管输出氩气经三通管在氩料混合输入管与熔覆料混合成氩气熔覆混和料；

Ⅲ氩气熔覆混和料进入锥形聚粉筒内的氩料混合喷管的水平环形段，由水平环形段底下的均布在水平环形段所在平面内（360°范围内）的5—7个喷粉孔喷出，除最后一个喷粉孔外，其余的喷粉孔的直径依次增大，喷粉孔的最小直径为Φ2mm—Φ2.5mm，最后一个喷粉孔的直径小于最大喷粉孔的直径；由锥形防粉筒把喷出的熔覆料与激光头隔开，由锥形聚粉筒把熔覆料会聚，喷到试样表面的熔覆料形成的圆形熔覆料斑的中心，与激光头的光轴的偏差不大于０.２mm：

Ⅳ 移动激光头，把熔覆料熔覆到试样的表面。

进一步骤讲，上述的同轴激光熔覆方法，其特征是：所述的喷粉孔是

第一喷粉孔、第二喷粉孔、第三喷粉孔、第四喷粉孔、第五喷粉孔与第六喷粉孔，六个喷粉孔320°均匀分布，即以环形圈的中点为中心，两相邻的两喷粉孔之间的角度是60°；第一喷粉孔的直径为Φ2±0.2mm，第二喷粉孔的直径为Φ2.2±0.2mm，第三喷粉孔的直径为Φ2.4±0.2mm，第四喷粉孔的直径为Φ2.6±0.2mm，第五喷粉孔的直径为Φ2.8±0.2mm，第六喷粉孔的直径为Φ2.7±0.2mm。

对本发明的同轴激光熔覆方法进一步说明，其特征是：所述的第一氩气瓶82的气体压强在熔覆时是1MPa-15MPa（一般新瓶是15MPa，随着使用气瓶气压逐渐减小，只要气压大小足够提供需要的流量即可， 如果气压减小，开大阀门即可）；第二氩气瓶85的气体压强在熔覆时是大于或等于0MPa，小于或等于5MPa。

本发明的有益效果

本发明结构相对简单，制作工艺要求较底，生产成本低，且能够作为配件单独安装在已有的激光设备上的同轴激光熔覆装置，从而使普通激光设备具备激光熔覆的功能。

本发明的输粉装置能与同轴激光熔覆装置配套使用，输出同轴激光熔覆装置所需要的熔覆料，喷出的量与同轴激光熔覆装置的熔覆速度相同步。

本发明的激光熔覆方法，输粉装置喷出的熔覆料与同轴激光熔覆装置的熔覆速度相同步。激光熔覆装置安装在激光头上使用，用锥形防粉筒把喷出的粉状熔覆料与激光头的镜头隔开保护了激光头的镜头，避免熔覆料损坏镜头。用氩料混合喷管的水平环形段环形喷粉，由锥形聚粉筒把熔覆料会聚到熔覆表面，类似于镜头的聚焦，熔覆料与激光头的光轴同心，激光的能量充分利用，便于熔覆熔点高的生物陶瓷粉末如羟基磷灰石或粘度大的粉末。输氩管的氩气与熔覆粉混合后由光轴周围喷粉量均匀的喷粉孔喷出（不仅分布均匀而且每个喷粉孔喷出的量也基本均匀），并由另外的（第一）氩气管吹动会聚避免管道堵塞。

附图说明

图1是本熔覆装置实施例的光粉同轴筒的外形图。

图2是沿图1中的轴向局部剖视图，相对图1放大。

图3是喷粉管按图2安装的仰视图，相对图2放大。

图4的激光器的激光头局部外形图。

图5是光粉同轴筒在激光头的安装图，相对图1放大。

图6是输粉机实施例一的轴向剖视图，相对图1缩小。

图7是氩气管与氩气瓶联接图，相对图1缩小。

图8是激光与氩气组成示意图，相对图1放大。

图9是输粉机另一实施例的轴向剖视图，相对图1缩小。

上述图中图1—图5中

1—开口槽， 2—套筒， 3—锥形熔覆筒， 4—紧固环， 5—锥形外壳，

6—氩料混合输入管， 7—氩料混合输入接头， 8—圆环板，

9—上通孔， 10—直外筒， 11—输氩管， 12—侧通孔，13—氩气输入接头， 14—锥形聚粉筒， 15—外螺纹， 16—环形喷氩口，

17—氩料混合喷管， 18—直筒， 19—调节螺环， 20—螺纹段，

21—调节筒， 22—锥形防粉筒， 23—水平环形段， 24—连接段，

25—激光孔， 26—第一喷粉孔，27—第二喷粉孔， 28—第三喷粉孔，

29—第四喷粉孔， 30—第五喷粉孔， 31—第六喷粉孔，

32—激光头， 33—镜头， 34—进水管， 35—进水接头，

36—出水管， 37—出水接头， 38—紧定螺钉， 39—紧定螺钉孔。

上述图6—图9中

40—上轴承， 41—上盖， 42—第一紧固螺钉， 43—第一螺钉通孔，

44—蜗杆， 45—蜗杆轴承座， 46—蜗轮，47—蜗轮安装轴，

48—下轴承， 49—O型圈，50—密封圈槽， 51—输粉机壳上盖，

52—第二紧固螺钉， 53—第二螺钉通孔， 54—第一密封环，

55—轴孔， 56—输出轴， 57—输送机壳， 58—转杆联轴器，

59—螺旋推进器杆， 60—锥形底， 61—螺旋推进器， 62—出料孔，

63—嵌套， 64—上法兰， 65—第三紧固螺钉， 66—第三螺钉通孔，

67—接管漏斗， 68—输料管， 69—下法兰， 70—第二密封环，

71—支架， 72—熔覆料， 72.1—氩气熔覆混和料， 73—加料口，

74—加料盖， 75—密封垫， 76—电机支架， 77—电动机， 78—减速器， 79—减速器下壳， 80—三通管， 81—第一氩气管， 82—第一氩气瓶， 83—第一阀门， 84—第二阀门，85—第二氩气瓶， 86—激光束， 87—氩料环形束， 88—试样， 89—光和料会焦面，90—气料会焦点， 91—激光会焦点， 92—行星齿轮减速器， 93—电动机。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图对本发明的具体实施方式进一步说明。对于下面的实施例的说明有助于理解本发明，但并不是对本发明的限制。下面所描述的各个实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组成合。

实施例

同轴激光熔覆装置必须把熔覆料72均匀地散在激光焦光点的周围，所以本发明采用环形气体在激光焦点的周围均匀吹喷熔覆料，气体的会聚光点与激光的焦点在同一轴线，而且由于用气体吹喷，还要避免熔覆料吹到激光器镜头的表面，必须把气体与激光器镜头之间隔开，设计符合要求的集风筒，所在本同轴激光熔覆装置实施例的锥形熔覆筒3采用下面的结构。

见图1与图2，锥形熔覆筒3有一个套筒2、调节筒21、氩料混合喷管17与锥形外壳5，套筒2的上部有两个一端开口的开口槽1，下部有外螺纹15与内螺纹。为便于加工，调节筒21由下部的锥形防粉筒22与上部的直筒18构成，锥形防粉筒22上端的外螺纹拧在直筒18下端螺纹段20的内螺纹，直筒18的外螺纹拧在套筒2下端的内螺纹，并用调节螺环19紧固。

锥形外壳5有锥形聚粉筒14在锥形防粉筒22外，锥形聚粉筒14与锥形防粉筒22两者之间有间隔，锥形聚粉筒14与锥形防粉筒22同轴，该间隔由上到下逐步减小。为加工方便，锥形外壳5有直外筒10，锥形外壳5由锥形聚粉筒14的上端拧在直外筒10的下端构成，直外筒10的顶端有圆环板8，圆环板8的中部有内螺纹孔拧在套筒2的外螺纹15，由紧固环4紧固。在直外筒10的侧面有侧通孔12，在侧通孔12安装着氩气输入接头13，氩气输入接头13接着输氩管11。

本实施例套筒2的内直径是Φ68mm，外直径是Φ80mm，长160 mm，外螺纹长57 mm。锥形防粉筒22的上端外直径是Φ66 mm，下端外直径是Φ11mm，下端内直径是Φ9mm，锥形防粉筒22的圆锥角是40°。

锥形外壳5的直外筒10的外直径是Φ140 mm，内直径是Φ130 mm，高度40 mm。

锥形外壳5的锥形聚粉筒14上端的外直径（除连接段）Φ140mm，下端外直径Φ23mm，下端内直径Φ13mm，圆锥角70°。

氩料混合喷管17呈开口的环形铜管，安装在锥形外壳5的锥形聚粉筒14内，见图2与图3，进料的一端弯曲向上成连接段24，安装在锥形外壳5的圆环板8，圆环板8有上通孔9，上通孔9安装着氩料混合输入接头7，氩料混合喷管17的进料端紧固在氩料混合输入接头7，氩料混合喷管17有弯成320°（理论上5×6=300°即可，但封闭端有一点余量，弯曲段的余量大点，共20°即可）的水平环形段23，另一端封闭即水平环形段23的末端。氩料混合输入接头7的另一端即在锥形外壳5外的一端接着氩料混合输入管6。氩料混合喷管17的水平环形段23底下有第一喷粉孔26、第二喷粉孔27、第三喷粉孔28、第四喷粉孔29、第五喷粉孔30与第六喷粉孔31，以环形圈的中点为中心，两相邻的两喷粉孔之间的角度是60°，第一喷粉孔26（即与连接段24最近的喷粉孔）与第六喷粉孔31之间的间隔不在氩料混合喷管17上。

第一喷粉孔26、第二喷粉孔27、第三喷粉孔28、第四喷粉孔29、第五喷粉孔30与第六喷粉孔31在同一水平面。为了避免气阻随着离进料端的距离增加而增加影响到喷粉的均匀性，第一喷粉孔26、第二喷粉孔27、第三喷粉孔28、第四喷粉孔29、第五喷粉孔30的直径随着离进料端的距离而增大，第一喷粉孔26的直径为Φ2mm，第二喷粉孔27的直径为Φ2.2mm，第三喷粉孔28的直径为Φ2.4mm，第四喷粉孔29的直径为Φ2.6mm，第五喷粉孔30的直径为Φ2.8mm，第六孔距离封闭的一端最近，部分气又返回加强该孔的气流，故第六喷粉孔31的直径比第五孔的小，为Φ2.7mm。（经过有限元分析模拟计算所得）。

本实施例的氩料混合喷管17是紫钢管，外径Φ6mm，内径Φ5mm水平环形段23的弯曲半径是R33.50 mm，与氩料混合输入接头7连接段的弯曲半径逐渐加大，水平环形段23的下平面到氩料混合输入接头7的距离是62mm。

本实施例的激光器32是德国Laserline公司的型号LDM 1000-100的激光器，功率2300W，焦距F=200mm，镜筒外直径Φ68mm，镜头的通光口径Φ60 mm，有一个进水接头35，进水接头35安装着进水管34，一个出水接头37，出水接头37安装着出水管36，用于冷却激光器32的镜头，见图4。

本实施例可用功能、结构相类似的激光器代用。

锥形熔覆筒3用套筒2夹持在激光头32，见图5，套筒2上面有紧定螺钉孔39，拧紧定螺钉38紧固在激光头32，两个开口槽1是为进水接头35和出水接头37设置的。

实施例

本实施例的输料机的结构见图6，它有减速器78、输送机壳57、螺旋推进器61与接管漏斗67。减速器78是蜗杆减速器，上盖41由轴承盖（图中没序号，轴承盖由内六角螺钉紧固在上盖41）安装着上轴承40用第一紧固螺钉42紧固在减速器下壳79，减速器下壳79与输粉机壳上盖51为一体并有轴孔55，在轴孔55内安装着下轴承48与两个O型圈49，O型圈49将减速器78与输送机壳57之间密封，输出轴56安装在上轴承40与下轴承48，输出轴56在上轴承40与下轴承48之间为蜗轮安装轴47，蜗轮安装轴47上安装着蜗轮46，蜗杆44由两端的蜗杆轴承座45安装在减速器下壳79，蜗杆44与减速器下壳79外的电动机77联接。

上盖51用第二紧固螺钉52与输送机壳57紧固在一起，在输粉机壳上盖51与输送机壳57之间有第一密封环54密封，在输送机壳上盖51有加料口73，在加料口73有加料盖74，之间有密封垫75。

输送机壳57为圆筒形，内装熔覆料72，下部为锥形底60，在锥形底60有出料孔62，螺旋推进器杆59由转杆联轴器58与输出轴56的下端联接，螺旋推进器61安装在出料孔62。

本实施例减速器78的减速比是30：1；输送机壳57的内直径是Φ120 mm

本实施例的熔覆料72是羟基磷灰石粉磨，（可根据熔覆层性能要求不同换做其他粉末）。

输送机壳57的下端还有上法兰64，接管漏斗67上有下法兰69，下法兰69用的第三紧固螺钉65与上法兰64联接，联接在输送机壳57的下端，在上法兰64与下法兰69之间有第二密封环70。输料管68的一端接在接管漏斗67的下端。

也可用行星齿轮减速器，见图9。

输料管68的另一端联接在三通管80的中间管（垂直管），见图7。本发明还配气源，本实施例的气源是两个氩气瓶即第一氩气瓶82与第二氩气瓶85（也可根据材料不同换做其他保护气），第一氩气管81的一端联接在第一氩气瓶82的第一阀门83，第一氩气管81的另一端联接着三通管80的直管的一端，三通管80的直管的另一端与氩料混合输入管6联接。输氩管11联接在第二氩气瓶85的第二阀门84。

本实施例第一氩气瓶82的气体压强是1MPa—15MPa，流量由阀门83控制为1500mL/min；第二氩气瓶85的气体压强大于或等于0MPa，小于或等于15MPa，流量是0—2500mL/min。

本同轴激光熔覆装置的实施例的气与激光的会聚原理见图8。氩料环形束87在激光束86的周围，两者的水平横面内为同心圆（ 肉眼看不出两圆中心的位置差别），激光会焦点91与气料会焦点90在与试样88垂直的同一轴线，并且激光会焦点91高于气料会焦点90，熔覆料72在试样88的分布均匀，满足熔覆的要求。输粉装置也可看作熔覆装置的辅助装置。

熔覆方法实施例

本实施例是用熔覆装置实施例一与输粉装置实施例实现的。在实施例是在Ti64表面熔覆一层均匀的羟基磷灰石粉，羟基磷灰石粉的厚度为66.9um，熔覆速度25mm/s，激光功率1kW。

合金Ti64的表面粗糙度为2um（可大于2um，如3um或4um ，因为取决于粉末对激光吸收率）。

实施步骤如下：

Ⅰ把锥形熔覆筒3安装在LDM 1000-100激光器的激光头32，接通激光头32的进水管34与出水管36。输料机的输料管68与三通管80的中间管连接，第一氩气瓶82的第一氩气管81联接着三通管80的直管的一端，三通管80的直管的另一端与氩料混合输入管6联接，氩料混合输入管6的另一端与氩料混合输入接头7联接；输氩管11联接在第二氩气瓶85的第二阀门84，输氩管11的另一端接在锥形熔覆筒3的氩气输入接头13。把试样88放在锥形熔覆筒3下；

开启激光器与输粉机及第一氩气瓶82和第二氩气瓶85；

Ⅱ把熔覆料72由输料机的输料管68三通管80，第一氩气管81输出氩气经三通管80在氩料混合输入管6与熔覆料72混合成氩气熔覆混和料72.1；

Ⅲ氩气熔覆混和料72.1（熔覆料72与氩气混合后）进入锥形聚粉筒14内的氩料混合喷管17，氩料混合喷管17有一端封口的水平环形段23，水平环形段23为310°；水平环形段23底下有六个向下的一喷粉孔26、第二喷粉孔27、第三喷粉孔28、第四喷粉孔29、第五喷粉孔30与第六喷粉孔31，六个喷粉孔分布在水平环形段23底下的水平环形段23所在平面内，以环形圈的中点为中心，两相邻的两喷粉孔之间的角度是60°，第一喷粉孔26、第二喷粉孔27、第三喷粉孔28、第四喷粉孔29、第五喷粉孔30的直径随着离进料端的距离而增大，第一喷粉孔26的直径为Φ2mm，第二喷粉孔27的直径为Φ2.2mm，第三喷粉孔28的直径为Φ2.4mm，第四喷粉孔29的直径为Φ2.6mm，第五喷粉孔30的直径为Φ2.8mm，第六喷粉孔31的直径为Φ2.7mm；氩气熔覆混和料72.1从上述的六个孔中喷出：在水平环形段23的内侧由锥形防粉筒22限制氩气熔覆混和料72.1向内，保护激光头32的镜头33；在水平环形段23的外侧由锥形聚粉筒14把熔覆料72会聚到熔覆Ti64表面，类似于镜头的聚焦，喷出的熔覆料72与激光头32的光轴同心并垂直：

Ⅳ移动激光头32，即把羟基磷灰石粉熔覆到Ti64表面。激光功率1kW，羟基磷灰石粉的厚度为66.9um，熔覆速度25mm/s。（喷粉率取决于粉末密度，如果换做其它的粉末喷粉率将会不同）。

本实施例中第一氩气瓶82的气体压强是1MPa-15MPa，流量由阀门83控制为1500mL/min；第二氩气瓶85的气体压强大于或等于0MPa，小于或等于15MPa，流量是0—2500mL/min。

本熔覆方法的技术参数见表1。

表1

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同轴激光熔覆装置参数表（以羟基磷灰石粉末为例）

装置净重 4.34kg

熔覆速度（以现有激光发射头为例） 0-200mm/s

激光功率（以现有激光发射头为例） 0-2.3kw

粉末喷出速度（喷嘴16喷出的速度） 0.61-1.77m/s

氩料混合输入管6的粉气混合输送流量 1500mL/min

输氩管11保护气流量 0-2500mL/min

粉末喷射角度（相对轴向） 20°

熔覆装置高度（可调节达到散焦） 245.6-265.6mm

高度调节步长 0.33mm

喷粉率 0-343.6mg/s

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进一步细分，本实施例中，气瓶82（管11）流量与喷嘴16的喷粉速度见表2。

表2

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输氩管流量ml/min 0 250 500 1000 1500 2000 2500

喷嘴16喷粉速度m/s 0.61 0.73 0.85 1.08 1.31 1.55 1.77

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气瓶85对应氩料混合输入管6，流量固定在1500ml/min 如气压小开大阀门即可，故气瓶85压强范围很大，气体压强大于或等于0MPa，小于或等于15MPa，一般为1-15MPa, 喷粉率取决于螺旋推进器61的转速。

Claims (4)

1.一种同轴激光熔覆装置，它是一个锥形熔覆筒，其特征是：

锥形熔覆筒（3）有一个套筒（2）、调节筒（21）、氩料混合喷管（17）与锥形外壳（5），套筒（2）的上部有两个一端开口的开口槽（1），调节筒（21）由下部的锥形防粉筒（22）与上部的直筒（18）构成；锥形外壳（5）有锥形聚粉筒（14）设在锥形防粉筒（22）外，两者之间有间隔，锥形聚粉筒（14）与锥形防粉筒（22）同轴；

锥形外壳（5）有直外筒（10），在直外筒（10）的侧面有侧通孔（12），在侧通孔（12）安装着氩气输入接头（13）；直外筒（10）的顶端有圆环板（8），圆环板（8）有上通孔（9），上通孔（9）安装着氩料混合输入接头（7），氩料混合输入接头（7）安装着氩料混合喷管（17）；氩料混合喷管（17）是呈开口的环形铜管，进料端紧固在氩料混合输入接头（7），氩料混合喷管（17）有水平环形段（23），水平环形段（23）弯成一端封闭的不小于320°的环形；水平环形段（23）底下有5—7个均布的喷粉孔，除最后一个喷粉孔外，其余的喷粉孔的直径依次增大，喷粉孔的最小直径为Φ2mm—Φ2.5mm，最后一个喷粉孔的直径小于最大喷粉孔的直径；

所述的套筒（2）的下部有外螺纹（15）与内螺纹，所述锥形防粉筒（22）上端的外螺纹拧在直筒（18）下端螺纹段（20）的内螺纹，直筒（18）的外螺纹拧在套筒（2）下端的内螺纹，并用调节螺环（19）紧固；所述锥形外壳（5）由锥形聚粉筒（14）的上端拧在直外筒（10）的下端构成；所述圆环板（8）的中部有内螺纹孔拧在套筒（2）的外螺纹（15），由紧固环（4）紧固；

所述的喷粉孔是第一喷粉孔（26）、第二喷粉孔（27）、第三喷粉孔（28）、第四喷粉孔（29）、第五喷粉孔（30）与第六喷粉孔（31），六个喷粉孔320°均匀分布；第一喷粉孔（26）的直径为Φ2±0.2mm，第二喷粉孔（27）的直径为Φ2.2±0.2mm，第三喷粉孔（28）的直径为Φ2.4±0.2mm，第四喷粉孔（29）的直径为Φ2.6±0.2mm，第五喷粉孔（30）的直径为Φ2.8±0.2mm，第六喷粉孔（31）的直径为Φ2.7±0.2mm；

所述套筒（2）的内直径是Φ68±2mm；所述锥形防粉筒（22）的上端外直径是Φ66 mm±2mm，下端内直径是Φ9mm±1mm，锥形防粉筒（22）的圆锥角是40°±3°；

锥形外壳（5）的直外筒（10）的外直径是Φ140±2mm，锥形外壳（5）的锥形聚粉筒（14）的下端内直径Φ13±2mm，圆锥角70°±3；

所述氩料混合喷管（17）内径Φ5mm。

2.利用权利要求1所述的同轴激光熔覆装置来实现的同轴激光熔覆方法，该方法涉及使用输粉机，输粉机有减速器（78）与输送机壳（57），减速器（78）安装在输送机壳（57）上，其特征是：还有螺旋推进器（61）与接管漏斗（67）；减速器（78）与输送机壳（57）之间密封，还有输出轴（56）；输送机壳（57）为圆筒形，下部为锥形底（60），在锥形底（60）有出料孔（62），螺旋推进器杆（59）由转杆联轴器（58）与输出轴（56）的下端联接，螺旋推进器（61）安装在出料孔（62）；输送机壳（57）的下端还有上法兰（64）与接管漏斗（67），接管漏斗（67）上有下法兰（69），下法兰（69）与上法兰（64）联接，输料管（68）的一端接在接管漏斗（67）的下端；

输料管（68）的另一端联接在三通管（80）的中间管，还配第一氩气瓶（82）与第二氩气瓶（85），第一氩气管（81）的一端联接在第一氩气瓶（82）的第一阀门（83），第一氩气管（81）的另一端联接着三通管（80）的直管的一端，三通管（80）的直管的另一端与氩料混合输入管（6）联接；输氩管（11）联接在第二氩气瓶（85）的第二阀门（84）;

熔覆步骤如下：

Ⅰ 把锥形熔覆筒（3）安装在激光头（32），接通激光头（32）的进水管（34）与出水管（36）；输粉机的氩料混合输入管（6）与氩料混合输入接头（7）联接；第二氩气瓶（85）的输氩管（11）接在锥形熔覆筒（3）的氩气输入接头（13）；把试样（88）放在锥形熔覆筒（3）下；

开启激光器与输粉机及第一氩气瓶（82）和第二氩气瓶（85）；

Ⅱ 把熔覆料（72）由输粉机的输料管（68）及第一氩气管（81）输出氩气经三通管（80）在氩料混合输入管（6）与熔覆料（72）混合成氩气熔覆混和料（72.1）；

Ⅲ 氩气熔覆混和料（72.1）进入锥形聚粉筒（14）内的氩料混合喷管（17）的水平环形段（23），由水平环形段（23）底下的均布在水平环形段（23）所在平面内的5—7个喷粉孔喷出，除最后一个喷粉孔外，其余的喷粉孔的直径依次增大，喷粉孔的最小直径为Φ2mm—Φ2.5mm，最后一个喷粉孔的直径小于最大喷粉孔的直径；由锥形防粉筒（22）把喷出的熔覆料（72）与激光头（32）隔开，由锥形聚粉筒（14）把熔覆料（72）会聚，喷到试样（88）表面的熔覆料（72）形成的圆形熔覆料斑的中心，与激光头（32）的光轴的偏差不大于０.２mm：

Ⅳ 移动激光头（32），把熔覆料（72）熔覆到试样（88）的表面。

3.根据权利要求2所述的同轴激光熔覆方法，其特征是：所述的喷粉孔是

第一喷粉孔（26）、第二喷粉孔（27）、第三喷粉孔（28）、第四喷粉孔（29）、第五喷粉孔（30）与第六喷粉孔（31），以环形圈的中点为中心，两相邻的两喷粉孔之间的角度是60°；第一喷粉孔（26）的直径为Φ2±0.2mm，第二喷粉孔（27）的直径为Φ2.2±0.2mm，第三喷粉孔（28）的直径为Φ2.4±0.2mm，第四喷粉孔（29）的直径为Φ2.6±0.2mm，第五喷粉孔（30）的直径为Φ2.8±0.2mm，第六喷粉孔（31）的直径为Φ2.7±0.2mm。

4.根据权利要求2或3中任一所述的同轴激光熔覆方法，其特征是：所述的第一氩气瓶（82）的压强在熔覆时是1MPa—15MPa；第二氩气瓶（85）的压强在熔覆时大于或等于0 MPa，并且小于或等于15MPa。