CN107267982B - 一种激光熔覆喷嘴装置及其成孔方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种激光熔覆喷嘴装置，所述激光熔覆喷嘴装置安装于激光头上，所述激光熔覆喷嘴装置包括一锥形喷嘴头，所述锥形喷嘴头连接于所述激光头内；所述锥形喷嘴头内设有复数个第一粉末通道，所述锥形喷嘴头的上端圆周上均匀分布有复数个第一入口，所述锥形喷嘴头的下端圆周上均匀分布有复数个第一出口，所述第一入口通过所述第一粉末通道连通至所述第一出口，所述第一入口与所述第一出口的尺寸大小和个数一致。本发明还提供一种激光熔覆喷嘴装置的成孔方法，粉末汇聚精度高，提高了光粉耦合的精度，保证了粉末的准直性和粉末的利用率。

Description

一种激光熔覆喷嘴装置及其成孔方法

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域，尤其涉及一种激光熔覆喷嘴装置。

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，改性和修复技术。具体是指以不同的填料方式在被涂覆基体表面上放置选择的涂层材料，经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，并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，从而显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化等的工艺方法。

在激光熔覆加工中所用整个送粉装置可分为两个部分：送粉器和送粉喷嘴。送粉喷嘴的作用是将从送粉器送来的粉流转变为不同的形状并送入激光光束中，实现需要的加工。粉末通过喷嘴结构传递到基体上，所以粉末在喷嘴结构中是否会堵塞，对熔覆的质量有很大影响。喷嘴的结构和性能直接影响整个加工效果。

传统的喷嘴装置中，粉末通过喷嘴头与喷嘴套之间的间隙流出，因为间隙小，极易发生堵塞，且粉末汇聚能力差，粉末利用率低。大部分的设备都只能使用微米材料的粉末进行送粉。

发明内容

本发明要解决的技术问题之一，在于提供一种激光熔覆喷嘴装置，结构简单，粉末汇聚精度高，提高了光粉耦合的精度，保证了粉末的准直性和粉末的利用率。

本发明的技术问题之一，是这样实现的：

一种激光熔覆喷嘴装置，所述激光熔覆喷嘴装置安装于激光头上，所述激光熔覆喷嘴装置包括一锥形喷嘴头，所述锥形喷嘴头连接于所述激光头内；所述锥形喷嘴头内设有复数个第一粉末通道，所述锥形喷嘴头的上端圆周上均匀分布有复数个第一入口，所述锥形喷嘴头的下端圆周上均匀分布有复数个第一出口，所述第一入口通过所述第一粉末通道连通至所述第一出口，所述第一入口与所述第一出口的尺寸大小和个数一致。

进一步地，所述第一入口及所述第一出口呈圆孔状，且所述第一入口设于所述锥形喷嘴头的上端圆周的中部，所述第一出口设于所述锥形喷嘴头的下端圆周的中部。

进一步地，所述第一入口及所述第一出口呈半圆孔状，且所述第一入口设于所述锥形喷嘴头的上端圆周的外端部，所述第一出口设于所述锥形喷嘴头的下端圆周的外端部，所述第一粉末通道设于所述锥形喷嘴头外壁。

进一步地，所述激光熔覆喷嘴装置还包括一锥形喷嘴套，所述锥形喷嘴头套设在所述锥形喷嘴套内，所述锥形喷嘴套内壁设有与所述第一粉末通道相匹配的第二粉末通道，所述锥形喷嘴头的上端圆周的内端部设有与所述第一入口相匹配的第二入口，所述锥形喷嘴头的下端圆周的内端部设有与所述第一出口相匹配的第二出口。

进一步地，所述激光熔覆喷嘴装置还包括一外套，所述外套套设在所述锥形喷嘴套的上端部，并连接于所述激光头的外端。

本发明要解决的技术问题之二，在于提供一种激光熔覆喷嘴装置的成孔方法，打孔方式简单，粉末汇聚精度高，提高了光粉耦合的精度，保证了粉末的准直性和粉末的利用率。

本发明的技术问题之二，是这样实现的：

一种激光熔覆喷嘴装置的成孔方法，所述成孔方法需提供上述的一种激光熔覆喷嘴装置，所述成孔方法包括如下步骤：

步骤1、根据熔覆粉末的种类确定出该熔覆粉末的粒径，根据该熔覆粉末的粒径确定出所述锥形喷嘴头下端的所述第一出口的直径；

步骤2、根据所述锥形喷嘴头下端圆周内圈的周长和所述第一出口的直径，确定出所述第一出口的个数；其计算公式为：

所述第一出口的个数＝所述锥形喷嘴头下端圆周内圈的周长÷所述第一出口的直径；

步骤3、根据所述第一出口的直径和个数，在所述锥形喷嘴头的相应位置上对所述第一入口、所述第一粉末通道及所述第一出口进行打孔处理。

本发明具有如下优点：

本发明是通过在所述锥形喷嘴头上打孔的方式，使粉末流动相对独立，间隙变大，粉末不容易堵塞，不会影响熔覆质量，粉末汇聚精度高，提高了光粉耦合的精度，保证了粉末的准直性和粉末的利用率。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。

图1为本发明一种激光熔覆喷嘴装置安装于激光头上的结构示意图。

图2为本发明一种激光熔覆喷嘴装置中实施例一的锥形喷嘴头的主视图。

图3为图1的一个纵向剖面图。

图4为本发明一种激光熔覆喷嘴装置中实施例一的锥形喷嘴头的俯视图。

图5为本发明一种激光熔覆喷嘴装置中实施例一的锥形喷嘴头和锥形喷嘴套的配合连接图。

图6为本发明一种激光熔覆喷嘴装置中实施例二的锥形喷嘴头的主视图。

图7为图5的一个纵向剖面图。

图8为本发明一种激光熔覆喷嘴装置中实施例二的锥形喷嘴头的俯视图。

图9为本发明一种激光熔覆喷嘴装置中实施例二的锥形喷嘴头和锥形喷嘴套的配合连接图。

图10为本发明一种激光熔覆喷嘴装置的成孔方法执行流程图。

图中标号说明：

激光熔覆喷嘴装置100、锥形喷嘴头1、第一粉末通道11、第一入口12、第一出口13、锥形喷嘴套2、第二粉末通道21、第二入口22、第二出口23、外套3、激光头200。

具体实施方式

为使得本发明更明显易懂，现以一优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

如图1所示，本发明的一种激光熔覆喷嘴装置，所述激光熔覆喷嘴装置100安装于激光头200上，所述激光熔覆喷嘴装置100包括一锥形喷嘴头1、一锥形喷嘴套2及一外套3，所述锥形喷嘴头1通过螺纹连接于所述激光头200内，所述锥形喷嘴头1套设在所述锥形喷嘴套2内，所述外套3套设在所述锥形喷嘴套2的上端部，并通过螺纹连接于所述激光头200的外端；

所述锥形喷嘴头1内设有复数个第一粉末通道11，所述锥形喷嘴头1的上端圆周上均匀分布有复数个第一入口12，所述锥形喷嘴头1的下端圆周上均匀分布有复数个第一出口13，所述第一入口12通过所述第一粉末通道11连通至所述第一出口13，所述第一入口12与所述第一出口13的尺寸大小和个数一致。

实施例一：

如图2至图5所示，所述第一入口12及所述第一出口13呈圆孔状，所述第一粉末通道11呈圆柱状；且所述第一入口12设于所述锥形喷嘴头1的上端圆周的中部，所述第一出口13设于所述锥形喷嘴头1的下端圆周的中部。所述锥形喷嘴头1内的空腔，作为激光入口；所述第一入口12作为熔覆粉末入口，熔覆粉末由所述第一入口12、所述第一粉末通道11及所述第一出口13依次流入。所述锥形喷嘴套2上端的凹槽，作为冷却水入口；在开始进行激光熔覆操作时，通过在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之与基材表面薄层一起熔凝，在基层表面形成与其为冶金结合的添料熔覆层。本发明中，在送粉过程中，粉末不仅可以从所述锥形喷嘴头1和所述锥形喷嘴套2之间的间隙流入，还能从所述第一入口12流入，提高了送粉效率。

实施例二：

如图6至图9所示，所述第一入口12及所述第一出口13呈半圆孔状，所述第一粉末通道11呈半圆柱状；所述第一入口12设于所述锥形喷嘴头1的上端圆周的外端部，所述第一出口13设于所述锥形喷嘴头1的下端圆周的外端部，所述第一粉末通道11设于所述锥形喷嘴头1外壁；

所述锥形喷嘴套2内壁设有与所述第一粉末通道11相匹配的第二粉末通道21，所述锥形喷嘴头1的上端圆周的内端部设有与所述第一入口12相匹配的第二入口22，所述锥形喷嘴头1的下端圆周的内端部设有与所述第一出口13相匹配的第二出口23。所述第二入口22及所述第二出口23呈半圆孔状，所述第二粉末通道21呈半圆柱状，当所述锥形喷嘴头1套在所述锥形喷嘴套2内时，所述第一入口12和所述第二入口22相对设置形成一个圆孔，所述第一粉末通道11和所述第二粉末相对设置形成一个圆柱，所述第一出口13和所述第二出口23相对设置形成一个圆孔。所述锥形喷嘴头1内的空腔，作为激光入口；所述第一入口12和所述第二入口22作为熔覆粉末入口，熔覆粉末由所述第一入口12(所述第二入口22)、所述第一粉末通道11(所述第二粉末通道21)及所述第一出口13(所述第二出口23)依次流入；所述锥形喷嘴套2上端的凹槽，作为冷却水入口。在开始进行激光熔覆操作时，通过在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之与基材表面薄层一起熔凝，在基层表面形成与其为冶金结合的添料熔覆层。本发明中，在送粉过程中，所述锥形喷嘴头1外壁和所述锥形喷嘴套2内壁之间的间隙设有由所述第一入口12、所述第一粉末通道11、所述第一出口13、所述第二入口22、所述第二粉末通道21、所述第二出口23构成的通道，粉末从通道流入，增加了所述锥形喷嘴头1外壁和所述锥形喷嘴套2内壁之间的送粉道路宽度，从而提高了送粉效率。

如图10所示，本发明的一种激光熔覆喷嘴装置的成孔方法，所述成孔方法需提供上述的一种激光熔覆喷嘴装置，所述成孔方法包括如下步骤：

步骤1、根据熔覆粉末的种类确定出该熔覆粉末的粒径，根据该熔覆粉末的粒径确定出所述锥形喷嘴头1下端的所述第一出口13的直径；

步骤2、根据所述锥形喷嘴头1下端圆周内圈的周长和所述第一出口13的直径，确定出所述第一出口13的个数；其计算公式为：

所述第一出口13的个数＝所述锥形喷嘴头1下端圆周内圈的周长÷所述第一出口13的直径；

步骤3、根据所述第一出口13的直径和个数，在所述锥形喷嘴头1的相应位置上对所述第一入口12、所述第一粉末通道11及所述第一出口13进行打孔处理。

本发明可以根据送粉的熔覆粉末的粒径来调整所述第一出口13的直径的大小，均匀分布在锥形喷嘴头上，实现纳米材料粉末的使用，可以使得该锥形喷嘴头1能使用纳米材料的熔覆粉末进行送粉，减少纳米材料在送粉过程中产生的粉末团聚现象，

表1：(表1为第一出口的直径及个数对照表)

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (6)

1.一种激光熔覆喷嘴装置，所述激光熔覆喷嘴装置安装于激光头上，其特征在于：所述激光熔覆喷嘴装置包括一锥形喷嘴头，所述锥形喷嘴头连接于所述激光头内；所述锥形喷嘴头内设有复数个第一粉末通道，所述锥形喷嘴头的上端圆周上均匀分布有复数个第一入口，所述锥形喷嘴头的下端圆周上均匀分布有复数个第一出口，所述第一入口通过所述第一粉末通道连通至所述第一出口，所述第一入口与所述第一出口的尺寸大小和个数一致，且所述第一出口的直径的大小是根据送粉的熔覆粉末的粒径进行确定，所述第一出口的个数是根据第一出口的直径和锥形喷嘴头下端圆周内圈的周长进行确定：第一出口的个数＝锥形喷嘴头下端圆周内圈的周长÷第一出口的直径，其中，锥形喷嘴头下端圆周内圈的周长为27mm，第一出口的直径为0.0002mm、0.0001mm、0.05mm、0.1mm、0.2mm。

2.根据权利要求1所述的一种激光熔覆喷嘴装置，其特征在于：所述第一入口及所述第一出口呈圆孔状，且所述第一入口设于所述锥形喷嘴头的上端圆周的中部，所述第一出口设于所述锥形喷嘴头的下端圆周的中部。

3.根据权利要求1所述的一种激光熔覆喷嘴装置，其特征在于：所述第一入口及所述第一出口呈半圆孔状，且所述第一入口设于所述锥形喷嘴头的上端圆周的外端部，所述第一出口设于所述锥形喷嘴头的下端圆周的外端部，所述第一粉末通道设于所述锥形喷嘴头外壁。

4.根据权利要求3所述的一种激光熔覆喷嘴装置，其特征在于：所述激光熔覆喷嘴装置还包括一锥形喷嘴套，所述锥形喷嘴头套设在所述锥形喷嘴套内，所述锥形喷嘴套内壁设有与所述第一粉末通道相匹配的第二粉末通道，所述锥形喷嘴头的上端圆周的内端部设有与所述第一入口相匹配的第二入口，所述锥形喷嘴头的下端圆周的内端部设有与所述第一出口相匹配的第二出口。

5.根据权利要求1所述的一种激光熔覆喷嘴装置，其特征在于：所述激光熔覆喷嘴装置还包括一外套，所述外套套设在所述锥形喷嘴套的上端部，并连接于所述激光头的外端。

6.一种激光熔覆喷嘴装置的成孔方法，其特征在于：所述成孔方法需提供如权利要求1所述的一种激光熔覆喷嘴装置，所述成孔方法包括如下步骤：

步骤1、根据熔覆粉末的种类确定出该熔覆粉末的粒径，根据该熔覆粉末的粒径确定出所述锥形喷嘴头下端的所述第一出口的直径；

步骤2、根据所述锥形喷嘴头下端圆周内圈的周长和所述第一出口的直径，确定出所述第一出口的个数；其计算公式为：

所述第一出口的个数＝所述锥形喷嘴头下端圆周内圈的周长÷所述第一出口的直径；

步骤3、根据所述第一出口的直径和个数，在所述锥形喷嘴头的相应位置上对所述第一入口、所述第一粉末通道及所述第一出口进行打孔处理。

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