CN108817716B - 一种适用于小规格孔内激光堆焊的送粉装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于小规格孔内激光堆焊的送粉装置，涉及激光堆焊技术领域，包括卡盘、内孔试样、堆焊层、送粉座体、外套、连接座体、送粉通道、漏斗、漏斗盖；其中，内孔试样固定在卡盘上，送粉座体与连接座体通过送粉通道连接，送粉座体与内孔试样通过送粉座体下端的出粉口连接，漏斗外接进口通道。本发明是一种适用于小于或等于15mm的小规格孔内激光堆焊的送粉装置，加工效率高，配套工装简便，熔覆层质量高且不含夹渣、气孔等缺陷，可以解决小口径内孔试样内壁堆焊难题。

Description

一种适用于小规格孔内激光堆焊的送粉装置

技术领域

本发明涉及激光堆焊技术领域，尤其涉及一种适用于小规格孔内激光堆焊的送粉装置。

背景技术

对于小孔径内孔零件的内壁堆焊，工艺过程繁琐、产品质量参差不齐，故其加工成本高，限制了相应制造企业的发展。针对小口径内孔零件，目前主要采用的焊接方法有熔化极气体保护焊(MIG、MAG)和非熔化极保护焊(TIG)以及激光堆焊等。从检索的文献和资料来看，采用将焊接热源伸入小口径零件内孔内，在其内壁实施送丝堆焊是主要采用的工艺方法。

专利《内孔内壁堆焊方法》(专利申请号：CN201610002531.3)，公开了一种内孔内壁堆焊方法，对常规焊枪进行改造，调整延伸管的位置，使焊头对准内孔内部的焊接部位，将焊丝头部沿着送丝导管推送至焊头处，即可进行堆焊。《一种小直径内壁堆焊焊枪头》(专利申请号：CN201410801254.3)，公开了一种小直径内壁堆焊焊枪头，其是由枪头体、压盖、钨极夹、钨极、气体保护罩、进气管、进水管和出水管组成，气体保护罩的瓷质弧形罩体与枪头体之间构成保护气腔，可明显延长焊枪寿命。以上几种方法要求对焊枪进行一定的改造，增加制造过程的成本和难度。

专利《利用激光堆焊对孔内壁表面改性的表面改性的方法及装置》(专利申请号：201510489726.0)公开了一种内孔试样内壁激光堆焊制造工艺。该工艺方案是：采用载气式送粉至孔内，形成整个孔内的连续水平铺粉；通过倾斜激光束照射至内孔壁，使用激光束将粉末堆焊材料逐点熔覆在孔的内壁的表面上；随着铺粉送粉高度的增加，激光束斑点也随之协同上升。然而，该专利还存在载气式送粉方式的缺陷问题，即采用载气式送粉至孔内，由于保护气流的作用导致粉末在孔内发散、飞溅。在激光熔覆过程中，内壁在激光作用下受热后温度升高，飞溅粉末极易粘附在内壁上，并逐渐形成大块状颗粒。这种内壁粘附的大颗粒很难被激光完全熔化，从而成为堆焊层内的夹渣。另外，飞溅的粉末容易被激光烧蚀，形成大量氧化粉尘颗粒，研制影响激光熔覆过程。

专利《一种小口径深孔零件内壁激光堆焊制造方法》(专利申请号：CN201711208613.4)首先采用重力送粉方式利用激光堆焊对内孔零件的内壁进行激光堆焊。堆焊过程中送粉管高度始终与堆焊层保持较近水平距离，从而可避免粉末在小孔内飞溅而被激光烧蚀、内壁粘粉形成大块颗粒，造成后续激光堆焊层夹渣缺陷；熔覆粉末通过送粉管送至待熔覆区域，单位时间落粉量由储粉漏斗控制。送粉管外包有保护套，保护套中通冷却水，可避免在激光熔覆过程中送粉管过热变形甚至熔化，或者送粉管中熔覆粉末过热造成粉末粘结而导致送粉不畅、堵粉。激光熔覆过程中，激光与送粉管以相同速度匀速向上移动，从而在内壁形成螺旋形上升的激光熔覆合金层。然而，当内孔直径小于或等于15mm时，这种将送粉管伸入内孔的内壁激光堆焊送粉方式，将会由于内孔空间太过狭窄而很难避免激光束与送粉管干涉，从而导致实施小孔内激光堆焊。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种适用于小规格孔内激光堆焊的送粉装置，加工效率高，配套工装简便，熔覆层质量高且不含夹渣、气孔等缺陷，可以解决小口径内孔试样内壁堆焊难题。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何以简便、高效的方式提高熔覆层质量，实现小口径内孔试样内壁堆焊。

为实现上述目的，本发明提供了一种适用于小规格孔内激光堆焊的送粉装置，包括卡盘、内孔试样、堆焊层、送粉座体、外套、连接座体、送粉通道、漏斗、漏斗盖，其中，所述内孔试样固定在所述卡盘上，所述送粉座体与所述连接座体通过所述送粉通道连接，所述送粉座体与所述内孔试样通过所述送粉座体下端的出粉口连接，所述漏斗外接进口通道。

进一步地，所述漏斗盖表面设有8个对称分布的卸压孔，实现激光堆焊粉末以重力自由落料方式平稳送粉。

进一步地，所述卡盘采用三爪卡盘，实现所述送粉装置的安装固定。

进一步地，所述内孔试样的直径为12mm。

进一步地，激光束与所述内孔试样的内壁夹角大小为3°～15°范围内的任一角度值。

进一步地，所述送粉座体中设有保护气体通道，实现保护气体传输至激光堆焊区域形成气保焊。

进一步地，所述送粉座体与所述外套间设有冷却水通道，实现冷却水在所述冷却水通道中循环流动。

进一步地，所述送粉座体与所述外套的上端设有第一密封圈，下端设有第二密封圈，保证冷却水不会渗漏。

进一步地，所述送粉座体下端的出粉口直径小于所述内孔试样直径，实现所述内孔试样在激光堆焊时的粉末需求。

进一步地，所述卡盘的转动速度为12r/min。

在本发明的较佳实施方式中，本发明针对现有技术的不足，设计提供一种适用于小规格孔内激光堆焊的送粉装置，包括卡盘、内孔试样、堆焊层、送粉座体、外套、连接座体、送粉通道、漏斗、漏斗盖。所述内孔试样的直径为12mm，所述送粉座体下端的出粉口直径小于内孔试样直径，可以实现所述内孔试样在激光堆焊时的粉末需求；所述漏斗盖表面设有8个对称分布的卸压孔，可以实现激光堆焊粉末以重力自由落料方式平稳送粉。

在本发明的另一较佳实施方式中，所述送粉座体中设有保护气体通道，可以实现保护气体传输至激光堆焊区域形成气保焊；所述送粉座体与所述外套间设有冷却水通道，可以实现冷却水在所述冷却水通道中循环一周后排出，带走激光堆焊过程中产生的热量，避免堆焊粉末在所述送粉通道中堵塞；所述送粉座体与所述外套的上端设有第一密封圈，下端设有第二密封圈，保证冷却水不会渗漏。

本发明配套工装简便，加工效率高，采用本发明的送粉装置，熔覆层质量高且不含夹渣、气孔等缺陷，可以解决小口径内孔试样内壁堆焊难题。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的适用于小规格孔内激光堆焊的送粉装置的示意图；

图2是本发明的一个较佳实施例的适用于小规格孔内激光堆焊的送粉装置的冷却水工作示意图；

图3是本发明的一个较佳实施例的适用于小规格孔内激光堆焊的送粉装置的俯视图；

其中，1-卡盘，2-内孔试样，3-堆焊层，4-送粉座体，5-外套，6-连接座体，7-漏斗，8-激光堆焊粉末，9-漏斗盖，10-卸压孔，11-激光束，12-第一密封圈，13-第二密封圈，14-进口通道，15-保护气进口通道，16-冷却水，17-冷却水进口通道，18-冷却水出口通道，19-送粉通道。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

如图1所示，一种适用于小规格孔内激光堆焊的送粉装置，包括卡盘1、内孔试样2、堆焊层3、送粉座体4、外套5、连接座体6、送粉通道19、漏斗7、漏斗盖9，其中，内孔试样2固定在卡盘1上，卡盘1采用三爪卡盘，实现送粉装置的安装固定。

如图1与图3所示，漏斗7外接进口通道14，激光堆焊粉末8自进口通道14进入漏斗7，送粉座体4与连接座体6通过送粉通道19连接，送粉座体4与内孔试样2通过送粉座体4下端的出粉口连接，漏斗盖9上有8个对称分布的卸压孔10，保证激光堆焊粉末8以重力自由落料方式依次经过漏斗7、连接座体6和送粉座体4的送粉通道19，由送粉座体4下端的出粉口顺利进入内孔试样2中，并沿内孔试样2的内壁到达激光堆焊区域。

如图1与图2所示，送粉座体4设有保护气通道，将保护气自上而下送至激光堆焊区域从而形成气保护，保护气由设在送粉座体4上的保护气进口通道15进入送粉装置。送粉座体4与外壳5中间设有冷却水通道，外壳5上设有冷却水进口通道17、冷却水出口通道18，冷却水16自冷却水进口通道17进入冷却水通道，并在送粉座体4中循环一周后由冷却水出口通道18排出，带走激光堆焊过程中产生的热量，避免送粉通道19过热而导致激光堆焊粉末8在送粉通道19中熔化粘粉而堵塞。送粉座体4和外壳5的上端设有第一密封圈12，下端设有第二密封圈13，保证冷却水16不会渗漏。

如图1所示，在激光堆焊过程中，激光束11倾斜照射在内孔试样2内壁的激光堆焊区域，激光束11轴线与竖直方向夹角为大小在3°～15°范围内的任一角度值，确保激光熔覆过程中熔覆粉末与内壁形成良好冶金结合，同时避免内壁部分区域熔化不良。激光熔覆过程中，卡盘1以12r/min的速度匀速转动，同时内孔试样2固定在卡盘1上匀速转动，激光束11自装置外倾斜照射在内孔试样2内壁的激光堆焊区域，并以0.3mm/s的速度逐渐向内孔试样2顶部移动，从而在内壁形成螺旋形上升的激光熔覆合金层，最后获得内孔试样2的堆焊层3。本发明具有加工效率高，配套工装简便，熔覆层质量高且不含夹渣、气孔等缺陷的优点。

如图1所示，本发明采用采用重力自由落料的送粉方式，是一种新型的重力落粉装置，送粉座体4下端的出粉口直径小于内孔试样2的直径，实现孔径小于等于15mm的小孔径内孔试样内壁激光堆焊过程中的平稳送粉。本发明相较于传统载气式送粉装置，可避免粉末在送粉气体作用下在小孔内飞溅而被激光烧蚀、内壁粘粉形成大块颗粒的问题。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种适用于小规格孔内激光堆焊的送粉装置，其特征在于，包括卡盘、内孔试样、堆焊层、送粉座体、外套、连接座体、送粉通道、漏斗、漏斗盖，其中，所述内孔试样固定在所述卡盘上，所述送粉座体与所述连接座体通过所述送粉通道连接，所述送粉座体与所述内孔试样通过所述送粉座体下端的出粉口连接，所述漏斗外接进口通道；

所述漏斗盖表面设有8个对称分布的卸压孔，实现激光堆焊粉末以重力自由落料方式平稳送粉；

所述内孔试样的内孔直径为小于或等于15mm；

所述送粉座体中设有保护气体通道，实现保护气体传输至激光堆焊区域形成气保焊；

所述送粉座体与所述外套间设有冷却水通道，实现冷却水在所述冷却水通道中循环流动；

外套上设有冷却水进口通道、冷却水出口通道，冷却水自冷却水进口通道进入冷却水通道，并在送粉座体中循环一周后由冷却水出口通道排出；

所述送粉座体与所述外套的上端设有第一密封圈，下端设有第二密封圈，保证冷却水不会渗漏；

所述送粉座体下端的出粉口直径小于所述内孔试样的内孔直径，实现所述内孔试样在激光堆焊时的粉末需求。

2.如权利要求1所述的适用于小规格孔内激光堆焊的送粉装置，其特征在于，所述卡盘采用三爪卡盘，实现所述内孔试样的安装固定。

3.如权利要求1所述的适用于小规格孔内激光堆焊的送粉装置，其特征在于，激光束与所述内孔试样的内壁夹角大小为3°～15°范围内的任一角度值。

4.如权利要求1所述的适用于小规格孔内激光堆焊的送粉装置，其特征在于，所述卡盘的转动速度为10～40r/min。

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