CN107419265A - 一种激光宽带熔覆喷头 - Google Patents
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Abstract
本发明属于激光熔覆技术领域，具体涉及一种激光宽带熔覆喷头，包括喷头本体、喷嘴、喷嘴定位装置、喷头三维调整装置和连接装置；连接装置的下部与喷头三维调整装置的上部连接；喷头三维调整装置的下部与喷头本体的顶部固定连接；所述喷头本体的两侧对称设置有喷嘴定位装置，各所述喷嘴定位装置的内部均镶嵌有一片喷嘴。本发明提供的激光宽带熔覆喷头通过喷头三维调整装置调整喷头中心位置及高度位置，以保证喷头形成的粉斑与激光光斑重合，实现高质量熔覆效果；两片喷嘴可以在喷嘴定位装置内滑动调整喷嘴离光斑的距离，保证获得良好的粉斑汇聚效果和充分的散热空间，彻底解决了高功率激光熔覆过程中巨大的热辐射对喷嘴的损害问题。
Description
技术领域
本发明属于激光熔覆技术领域，涉及一种激光熔覆加工中的粉末输送装置，具体涉及一种激光宽带熔覆喷头。
背景技术
激光熔覆加工是利用高能激光热源在焦点区域将特定粉末材料熔化，与基体融合，光束离开后凝固形成实体的一种工艺方法，目前的激光熔覆一般采用圆形光斑。激光宽带熔覆是利用激光的矩形光斑和高功率，采用宽带送粉，能按设定的带宽将粉末喷射到工件表面，对轧辊等金属零部件进行高功率激光宽带熔覆，有利于节约材料成本，提高产品的使用寿命。通过高功率宽带激光熔覆能够缩短加工时间，大幅度提高激光熔覆效率，是一项新能源及节能环保的新技术，经济效益高；特别适用于高附加值工件的维护和修复加工。
目前，国内高功率激光宽带熔覆尚处于起步阶段，工程应用设备及主要配套附件依赖进口。随着高功率激光器技术的应用和发展，激光宽光斑熔覆技术正在不断更新中。在高功率宽带激光熔覆过程中，由于产生大量热辐射，对送粉头造成很大损害，阻碍宽带熔覆的应用推广；同时，现有的高功率宽带激光熔覆的粉斑汇聚效果差，不能保证喷头形成的粉斑与激光光斑完全重合，难以实现高质量熔覆效果。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种激光宽带熔覆喷头，能够实现金属或非金属工件表面的激光宽带熔覆加工和高质量熔覆效果。
为实现上述目的，本发明的技术方案为一种激光宽带熔覆喷头，包括喷头本体、喷嘴、喷嘴定位装置、喷头三维调整装置和连接装置；所述连接装置的下部与喷头三维调整装置的上部连接；所述喷头三维调整装置的下部与喷头本体的顶部固定连接；所述喷头本体的两侧对称设置有喷嘴定位装置，各所述喷嘴定位装置的内部均镶嵌有一片喷嘴。
进一步地，所述连接装置包括螺母和连接套，所述连接套的下部与喷头三维调整装置的上部连接，连接套的上部通过螺母与一激光聚焦光头固定连接。
进一步地，所述喷头三维调整装置包括调节架、滑动法兰、调节螺钉和升降套筒；所述调节架套设在升降套筒上，升降套筒的上部与调节架的下部滑动连接；所述调节架的上部设有凹槽，所述滑动法兰位于凹槽内，且滑动法兰与连接套的下部固定连接；所述调节螺钉穿过调节架上部的侧壁与滑动法兰可拆卸连接。
进一步地，所述喷头三维调整装置还包括压环，所述调节架的下部套设在升降套筒上部的外侧，并通过压环固定。
进一步地，所述凹槽的长度和宽度分别大于滑动法兰的长度和宽度，于所述凹槽靠近连接套的上端位置设有开口。
进一步地，所述调节螺钉有四个，四个调节螺钉沿圆周方向均匀分布在调节架的上部。
进一步地，所述喷嘴定位装置包括导向盖板，所述导向盖板通过螺钉固定在喷头本体上，且导向盖板与喷头本体之间有间隙，所述喷嘴镶嵌在所述间隙中。
进一步地，所述喷嘴定位装置还包括固定螺钉，所述导向盖板上设有螺钉槽，所述固定螺钉穿过螺钉槽与喷嘴连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)本发明提供的激光宽带熔覆喷头通过喷头三维调整装置调整喷头中心位置及高度位置，以保证喷头形成的粉斑与激光光斑重合，实现高质量熔覆效果。
(2)本发明提供的激光宽带熔覆喷头通过喷嘴定位装置约束喷嘴的相对位置，两片喷嘴可以在喷嘴定位装置内滑动，根据需要调整喷嘴离光斑的距离，保证获得良好的粉斑汇聚效果和充分的散热空间，彻底解决了高功率激光熔覆过程中巨大的热辐射对喷嘴的损害问题。
(3)本发明提供的激光宽带熔覆喷头不仅节约材料成本，而且能延长工件的使用寿命，而且能使再制造产品的质量和性能达到甚至超过新品，成本少于新品的50%。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的激光宽带熔覆喷头的主视图；
图2为本发明实施例提供的激光宽带熔覆喷头的左视图；
图中：1、喷嘴，2、喷头本体，3、导向盖板，4、升降套筒，5、滑动法兰，6、连接套，7、螺母，8、粉斑，9、激光束通道，10、固定螺钉，11、调节架，12、调节螺钉，13、压环，14、激光焦点，15、粉管接头。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图2所示，本发明实施例提供一种激光宽带熔覆喷头，包括喷头本体2、喷嘴1、喷嘴定位装置、喷头三维调整装置和连接装置；连接装置的下部与喷头三维调整装置的上部连接；喷头三维调整装置的下部与喷头本体2的顶部固定连接；喷头本体2的两侧对称设置有喷嘴定位装置，各喷嘴定位装置的内部均镶嵌有一片喷嘴1，成固定夹角布置。本发明提供的激光宽带熔覆喷头通过喷头三维调整装置调整喷头中心位置及高度位置，以保证喷头形成的粉斑8与激光光斑重合，实现高质量熔覆效果；通过喷嘴定位装置约束喷嘴1的相对位置，两片喷嘴1可以在喷嘴定位装置内滑动，根据需要调整喷嘴1离光斑的距离，保证获得良好的粉斑汇聚效果和充分的散热空间，彻底解决了高功率激光熔覆过程中巨大的热辐射对喷嘴1的损害问题；本发明提供的激光宽带熔覆喷头不仅节约材料成本，而且能延长工件的使用寿命，而且能使再制造产品的质量和性能达到甚至超过新品，成本少于新品的50%。
进一步地，连接装置包括螺母7和连接套6，如图2所示，连接套6的下部与喷头三维调整装置的上部连接，连接套6的上部通过螺母7与一激光聚焦光头固定连接。
进一步地，喷头三维调整装置包括调节架11、滑动法兰5、调节螺钉12和升降套筒4；如图2所示，调节架11套设在升降套筒4上，升降套筒4的上部与调节架11的下部可调节滑动连接，升降套筒4的上部与调节架11的上部之间夹设有连接套6；调节架11的上部设有凹槽，滑动法兰5位于凹槽内，能够作二维平面的微小量的滑动，且滑动法兰5与连接套6的下部固定连接；调节螺钉12穿过调节架11上部的侧壁与滑动法兰5可拆卸连接。
进一步地，凹槽的长度和宽度分别大于滑动法兰5的长度和宽度，保证滑动法兰5能够在凹槽内做二维平面的滑动，在凹槽靠近连接套6的上端位置设有开口，保证连接套6也能在凹槽上部的内径孔内做二维平面的移动。凹槽上部的内径孔的直径大于调节架11下部的内径孔的直径。
进一步地，调节螺钉12有四个，四个调节螺钉12沿圆周方向均匀分布在调节架11的上部。在调节架11的前后左右四个方向设置四个调节螺钉12，拧动调节螺钉12即可推动滑动法兰5，使调节架11产生二维相对移动（2~3毫米），从而带动升降套筒4和喷嘴1的中心位置一起移动，直到喷头形成的粉斑8与固定的激光光斑在平面上完全重合，完成喷嘴1水平方向的调整。
进一步地，如图1所示，喷头三维调整装置还包括压环13，调节架11的下部套设在升降套筒4上部的外侧，并通过压环13固定。喷嘴1的高低通过调节升降套筒4的上下移动来实现，通过压环13实现调节架11的下部与升降套筒4上部之间的可调节滑动连接。松开压环13，升降套筒4即可沿着调节架11下部的内径孔上下滑动，从而带动喷嘴定位装置和喷嘴1上下移动，直到喷头形成粉斑8与激光光斑在竖直方向上吻合。调节完成后，锁紧压环13。
喷头三维调整装置通过调节螺钉12和升降套筒4分别调整喷嘴1的中心位置及高度位置，从而实现喷嘴1的三维调整，以保证喷头形成的粉斑8与激光光斑完全吻合。
进一步地，喷嘴定位装置包括导向盖板3，如图2所示，导向盖板3通过螺钉固定在喷头本体2上，成夹角布置，且导向盖板3与喷头本体2之间有间隙，喷嘴1镶嵌在间隙中，且喷嘴1与导向盖板3滑动连接；喷嘴定位装置还包括固定螺钉10，导向盖板3上设有螺钉槽，固定螺钉10穿过螺钉槽与喷嘴1连接，实现喷嘴1与导向盖板3滑动连接。松开固定螺钉10，喷嘴1就可以和螺钉一起沿着导向盖板3上的螺钉槽滑动，移动到适当位置后锁紧固定螺钉10，从而使喷嘴1头部到粉斑8（激光焦点14）获得理想的距离。喷嘴定位装置可以约束喷嘴1的相对位置，喷嘴1可以在喷嘴定位装置内滑动调整，根据需要调整喷嘴1离粉斑8的距离，以保证获得良好的粉斑8汇聚效果和充分的散热空间，彻底解决了高功率激光熔覆过程中巨大的热辐射对喷嘴1的损害问题。
本发明的原理及使用方法：
本发明的激光宽带熔覆喷头利用气载原理将金属粉末从四个入口送入宽带熔覆喷头。喷嘴1内开有截面扁平的送粉通道，两片喷嘴1布置在激光束的两侧，每片喷嘴1有两个粉管接头15，即四个送粉入口；粉末从送粉通道末端喷射出来，以固定的夹角汇聚到激光光斑处，形成矩形粉斑；高能激光束沿喷头中心线聚焦成矩形光斑，与矩形粉斑重合，加热特定粉末材料；同时配合工件的相对运动，实现工件表面的激光宽带熔覆。
激光宽带熔覆喷头通过连接装置上的螺母7与激光聚焦光头的末端连接。激光聚焦光头固定安装在机床平台或机器人手臂上。在连接套6的下面有三维调整装置，通过调节螺钉12和升降套筒4，可以调整喷头的中心位置，以保证喷头形成的粉斑8与激光聚焦光斑完全重合。各零件之间用螺钉连接，在位置调整完成后锁紧，保持固定位置。喷嘴1内部开有扁平的送粉通道，扁平通道的矩形截面的长度与需要形成粉斑8的宽度一致。粉末从送粉通道末端喷射出来，以固定的夹角汇聚到激光光斑处，形成矩形粉斑。
在熔覆加工过程中，激光宽带熔覆喷头与工件作相对运动，矩形光斑和粉斑同时扫过工件表面，形成熔覆带搭接，直到完成工件表面全部区域的熔覆加工。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种激光宽带熔覆喷头，其特征在于：包括喷头本体、喷嘴、喷嘴定位装置、喷头三维调整装置和连接装置；所述连接装置的下部与喷头三维调整装置的上部连接；所述喷头三维调整装置的下部与喷头本体的顶部固定连接；所述喷头本体的两侧对称设置有喷嘴定位装置，各所述喷嘴定位装置的内部均镶嵌有一片喷嘴。
2.如权利要求1所述的一种激光宽带熔覆喷头，其特征在于：所述连接装置包括螺母和连接套，所述连接套的下部与喷头三维调整装置的上部连接，连接套的上部通过螺母与一激光聚焦光头固定连接。
3.如权利要求2所述的一种激光宽带熔覆喷头，其特征在于：所述喷头三维调整装置包括调节架、滑动法兰、调节螺钉和升降套筒；所述调节架套设在升降套筒上，升降套筒的上部与调节架的下部滑动连接；所述调节架的上部设有凹槽，所述滑动法兰位于凹槽内，且滑动法兰与连接套的下部固定连接；所述调节螺钉穿过调节架上部的侧壁与滑动法兰可拆卸连接。
4.如权利要求3所述的一种激光宽带熔覆喷头，其特征在于：所述喷头三维调整装置还包括压环，所述调节架的下部套设在升降套筒上部的外侧，并通过压环固定。
5.如权利要求3所述的一种激光宽带熔覆喷头，其特征在于：所述凹槽的长度和宽度分别大于滑动法兰的长度和宽度，于所述凹槽靠近连接套的上端位置设有开口。
6.如权利要求3所述的一种激光宽带熔覆喷头，其特征在于：所述调节螺钉有四个，四个调节螺钉沿圆周方向均匀分布在调节架的上部。
7.如权利要求1所述的一种激光宽带熔覆喷头，其特征在于：所述喷嘴定位装置包括导向盖板，所述导向盖板通过螺钉固定在喷头本体上，且导向盖板与喷头本体之间有间隙，所述喷嘴镶嵌在所述间隙中。
8.如权利要求7所述的一种激光宽带熔覆喷头，其特征在于：所述喷嘴定位装置还包括固定螺钉，所述导向盖板上设有螺钉槽，所述固定螺钉穿过螺钉槽与喷嘴连接。
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