CN108914112B - 一种便携型激光修复装置粉末输送系统 - Google Patents

Abstract

一种便携型激光修复装置粉末输送系统属于金属件表面裂纹激光修复过程中粉末输送技术领域，包括调速气泵、送粉器、光电检测传感器、同轴送粉喷嘴四部分组成，并由水平直线布置的圆柱形管路顺次连接。系统采用气力输送方式，气源产生可控气流，经气流引导管通入输送主管路内，并在送粉器出口处形成文丘里结构，气体带动送粉器输出的粉末流动形成气固两相流体，经同轴送粉喷嘴输送到加工区域；光电检测传感器布置输送主管路上，根据实际工况和测量值调整螺旋轴转速，调整送粉量。本发明可实现粉末输送的稳定可控性，输出流体具有较好汇聚状态；系统体积小，结构紧凑，避免加工工况和位置的限制，尤其适用于小粉量，多工位下粉末移动供应场合。

Description

一种便携型激光修复装置粉末输送系统

技术领域

本发明属于金属件表面裂纹激光修复装置的粉末输送技术领域，涉及一种小型金属粉末输送系统，尤其涉及一种便携型激光修复装置粉末输送系统。

背景技术

针对金属件在加工或使用过程中表面产生的各种裂纹，利用高能量激光束对裂纹区域进行加热，同时向加热区域添加粉末，可达到良好的修复效果，因此粉末的可靠输送十分重要。在非接触加工条件下，基于气力输送方式的输送系统具有较好的适用性，且在输送过程中可以保证粉末洁净，其主要组成部分送粉器、检测控制、输送喷嘴共同决定着流体的输送效果。目前，国内外基于刮板式、螺杆式、自重式等原理设计送粉器，以单片机、PLC等作为控制器对系统的送粉量进行调节并辅以其他检测功能，构建了适用于不同场合的粉末输送系统，但是现有系统结构复杂，体积较大，不便于移动。对于粒径在200-300目间的粉末输送效果较差，针对少量细粒度粉末输送还存在问题。

粉末的几何特性和力学特性对输送系统的设计具有较大影响，不同物料的物性参数不同，通常粉末直径越小，粉末流体的静止角越大、粘度越大；颗粒越接近于球形，静止角越小，从而对粉末流动性造成影响。因此，输送系统要避免小粒径粉末输送过程中粘附、团聚的现象发生。针对少量粉末输送，一种输送效果好，结构简单紧凑，适用于多工位加工的输送系统，具有重要的应用价值。

发明内容

本发明提供了一种小型金属粉末输送系统，主要解决现有金属粉末输送系统结构复杂、体积大，受加工位置限制，对少量细粒度粉末输送效果差的问题；可与激光器发射部分安装在一起，尤其适用于少量细粒度粉末移动输送。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种便携型激光修复装置粉末输送系统，该输送系统基于气力输送原理，包括小型调速气泵1、气流引导管2、小型调速马达3、送粉器、光电检测传感器9、流体输送主管路10、Y形分流管路11、同轴送粉喷嘴12。

采用直线水平布置方式，由圆柱形输送管路依次连接上述各部分。所述的小型调速气泵1通过气流引导管2与流体输送主管路10一端相连，气流引导管2与流体输送主管路10相连处与送粉器下壳体8出口部分连通，流体输送主管路10的另一端通过Y形分流管路11与同轴送粉喷嘴12连接。所述的基于光电法设计的光电检测传感器9垂直贴合在流体输送主管路10上临近送粉器的位置，用于提高检测灵敏度，并进行遮光处理，避免其他光照的影响。当工作时，小型调速气泵1产生的气体经气流引导管2进入输送系统，带动送粉器输出的粉末沿流体输送主管路10流动，经过光电检测传感器9对气固两相流中粉末含量的检测后，流体经Y形分流管路11分流后进入到同轴送粉喷嘴12的输送通道，形成汇聚性流体。操作人员可根据光电检测传感器9采集到的流量反馈信号和系统的输出效果调整小型调速马达3的转速，对送粉量进行调整，达到预期目的。

所述的送粉器，包括送粉器壳体、螺旋输送轴5、通气塞6、搅拌体7。所述的送粉器壳体由中间半封闭两端开放的圆筒形送粉器上壳体4和带有小直径圆筒出口的锥形送粉器下壳体8组成，锥形倾角取60°，大于粉末静止角，利于粉末自重流动；送粉器上壳体4开设加粉口并利用过滤塞6保证送粉器内气压稳定，小型调速马达3内置其中，使整体结构紧凑；所述的螺旋输送轴5与小型调速马达3输出轴连接，贯穿整个壳体并抵达出口处，底部螺旋部分与送粉器下壳体8出口部分配合；搅拌体7安装在螺旋输送轴5上，与螺旋部分距离5mm，起到搅拌和减小出口处粉末堆积的作用，防止粉末粘结；粉末依靠自重下落至送粉器出口，在螺旋结构的旋转搅动下，沿螺旋槽均匀输出，通过改变螺旋输送轴5的转速，可调整粉末输送量。

所述的螺旋输送轴5在实际输送过程中的转速较低，螺旋部分采用曲面矩形结构，使粉末围绕螺旋槽中心流动，利用螺旋槽的转动配合粉末自重达到稳定输出的目的，螺旋槽起到通断作用，实现粉末流量的控制；矩形螺旋侧面面积较大，与送粉器出口段配合较紧密可防止粉末泄露；为防止输送过程中螺旋槽发生阻塞，螺旋部分取2-3个螺距的长度。

所述的同轴送粉喷嘴12采用环绕中心腔体的两通道一体式结构，包括固定连接结构13、中心腔体结构14、两相流体输送通道15。所述的固定连接结构13与送粉系统基体连接，使结构稳定。所述的中心腔体结构14为光路提供通行通道，采用锥形结构，其壁面与激光的锥形聚焦光路表面平行。所述的两相流体输送通道15依次为连接段16、引入段17和汇聚段18，使气固两相流具有良好的输送特性；所述连接段16即为入口段，可与水平输送管路直接对接，避免管路弯曲对流体流动造成的影响；所述引入段17，上部分为内壁流线型收缩结构，对进入喷嘴的流体进行整流，使气体与粉末的流动轨迹混合收缩、均匀加速，利于流体在后续结构中稳定流动；下部分为等直径倾斜圆柱形通道结构，使用较小的倾斜角度，完成流体流向改变，具有引导流体流动的作用；所述汇聚段18的通道采用锥形渐缩方式，对流体进行汇聚。

所述的气流引导管2与流体输送主管路10采用螺纹形式连接，其锥形收缩出口在送粉器出口处形成文丘里结构，通过调节其轴向行程改变气流出口的位置，从而改变送粉器出口处的气流压力，利于粉末由送粉器出口顺利下落。

本发明的有益效果为：本发明可实现粉末输送的稳定性和可控性，输出流体具有较好汇聚状态，尤其适用于少量细粒度粉末输送，保证粉末利用效率和基体修复效果；系统体积小，结构简单紧凑，便于移动。该系统可形成独立模块与多工况下激光发射部分组合移动，过程稳定可控，避免加工工况和位置的限制，输送效果不受裂纹位置的限制。

附图说明

图1为本发明输送系统三维视图；

图2为本发明输送系统沿图1A-A面的剖视图；

图3为本发明同轴送粉喷嘴三维视图；

图4为本发明搅拌体三维视图；

图5为本发明螺旋输送轴三维视图；

图6为本发明同轴送喷喷嘴截面图；

图中：1小型调速气泵，2气流引导管，3小型调速马达，4送粉器上壳体，5螺旋输送轴，6过滤塞，7搅拌体，8送粉下壳体，9光电检测传感器，10流体输送主管路，11Y形分流管路，12同轴送粉喷；13固定连接结构；14中心腔体结构；15两相流体输送通道；16连接段；17引入段；18汇聚段。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明。

如图1-2所示，本发明提供的便携型激光修复装置粉末输送系统采用气力输送方式(基于气力输送原理)实现粉末非接触供给，采用直线水平布置方式，由圆柱形输送管路依次连接小型调速气泵1、气流引导管2、送粉器、光电检测传感器9、流体输送主管路10、Y形分流管路11、同轴送粉喷嘴12。其中，送粉器，包括小型调速马达3、送粉器上壳体4、螺旋输送轴5、通气塞6、搅拌体7、送粉下壳体8。送粉器壳体由中间半封闭两端开放的圆筒形送粉器上壳体4和带有小径圆筒出口的锥形送粉器下壳体8组成，锥形倾角取60°，避免粉末静止角的影响，使粉末在自重下自由流动；送粉器上壳体4开设加粉口并利用过滤塞6密封，小型调速马达3内置其中；螺旋输送轴5与小型调速马达3输出轴连接，贯穿整个壳体，其螺旋部分延伸至送粉器下壳体8出口部分；搅拌体7套接在螺旋输送轴5上，与螺旋部分距离5mm，打散堆积在螺旋部分上方的粉末，防止粉末粘结，有利于粉末进入螺旋槽内。气流引导管2与流体输送主管路10螺纹连接，沿轴向位置可调，可根据工况合理利用文丘里原理在送粉器出口处形成低压区，利于粉末下落。光电检测传感器9贴合在输送主管路上检测粉末含量，提供反馈信号作为控制螺旋转速的依据，检测系统组成布置简单。螺旋输送轴5的螺旋部分采用升角30°的曲面矩形造型，可使粉末在螺旋槽内具有较好的聚中流动性，而且矩形较大的侧平面与送粉器出口配合，可避免粉末泄露。

工作时，金属粉末储存在送粉器壳体内，粉末依靠自重下落至送粉器出口附近，在螺旋输送轴5螺旋部分的低速旋转搅动下进入到螺旋槽，沿螺旋槽经送粉器出口排出，避免当送粉器发生角度倾斜时造成输送不稳定；通过改变螺旋输送轴5的转速，可调整粉末输出量；螺旋槽起到通断作用，实现粉末流量的控制；为防止输送过程中粉末阻塞，螺旋部分取2-3个螺距的长度。与此同时，小型调速气泵1产生的气体经气流引导管2进入输送系统，带动送粉器输出的粉末沿流体输送主管路10流动，经过光电检测传感器9对气固两相流中粉末含量的检测后，流体经Y形分流管路11分流后进入到同轴送粉喷嘴12的输送通道，形成汇聚性流体。操作人员可参考流量检测值和系统的输出效果调整小型调速马达的转速，进而调整送粉量，达到预期目的。

如图2所示，主输送管路10入口处为三通结构，连接送粉器出口和气流引导管2，并形成文丘里结构；气流引导管2采用锥形出口且沿轴线位置可调，可改变送粉器出口处的气流压力，利于粉末输送。

如图2所示，搅拌体7套接在螺旋输送轴5上，安装位置距离螺旋部分5mm；如图3所示，搅拌体7为叶片间夹角60°的扩张型结构，避免粉末直接堆积在送粉器出口，减小送粉器出口压力；在旋转过程中打散流向送粉器出口处的粉末，防止粉末粘结，有利于粉末进入螺旋槽内。

如图4所示，同轴送粉喷嘴12为一体式结构，中心锥形腔体为光束通道，两条流体输送通道环绕腔体对称布置；流体通道由流线型入口段、等径圆柱引入段和锥形汇聚段组成，具有良好的输送效果。

如图5所示，螺旋输送轴5上端与小型调速马达3输出轴连接，下端螺旋部分与送粉器出口段配合；螺旋部分采用曲面矩形造型，螺旋升角30°，螺旋部分取2-3个螺距的长度。

如图6所示，同轴输送喷嘴为围绕腔体周向均布四条流体输送通道的一体式结构，包括固定连接结构13、中心腔体结构14、两相流体输送通道15。其中流体通道由连接段16、粉末引入段17、粉末汇聚段18组成。固定连接结构13使其与送粉系统基体连接，使结构稳定；中心腔体结构14、流体通道中心腔体结构：为光路提供通行通道，采用锥形结构使其壁面与光路表面平行。流体通道划分为连接段16、粉料引入段17、粉料汇聚段18，对流体进行整流汇聚。输送系统工作时，粉末流体经喷嘴输出后呈汇聚状态。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种便携型激光修复装置粉末输送系统，该粉末输送系统基于气力输送方式实现粉末非接触供给，采用直线水平布置方式，由圆柱形输送管路依次连接各部分，所述粉末输送系统包括气流引导管(2)、流体输送主管路(10)，其特征在于，所述的便携型激光修复装置粉末输送系统还包括小型调速气泵(1)、小型调速马达(3)、送粉器、光电检测传感器(9)、Y形分流管路(11)、同轴送粉喷嘴(12)；所述的小型调速气泵(1)通过气流引导管(2)与流体输送主管路(10)一端相连，气流引导管(2)与流体输送主管路(10)相连处与送粉器下壳体(8)出口部分连通；流体输送主管路(10)的另一端通过Y形分流管路(11)与同轴送粉喷嘴(12)连接；所述的光电检测传感器(9)垂直贴合在流体输送主管路(10)上并进行遮光处理；工作时，小型调速气泵(1)产生的气体经气流引导管(2)进入输送系统，带动送粉器输出的粉末沿流体输送主管路(10)流动，经过光电检测传感器(9)对气固两相流中粉末含量的检测后，流体经Y形分流管路(11)分流后进入到同轴送粉喷嘴(12)的输送通道，形成汇聚流体；操作人员根据光电检测传感器(9)采集到的流量反馈信号和系统的输出效果调整小型调速马达(3)的转速，对送粉量进行调整；

所述的送粉器包括送粉器壳体、螺旋输送轴(5)、通气塞(6)、搅拌体(7)；所述的送粉器壳体由中间半封闭两端开放的圆筒形送粉器上壳体(4)和带有小直径圆筒出口的锥形送粉器下壳体(8)组成；送粉器上壳体(4)开设加粉口，并利用通气塞(6)保证送粉器内气压稳定，小型调速马达(3)内置其中；所述的螺旋输送轴(5)与小型调速马达(3)输出轴连接，贯穿整个壳体，其螺旋部分延伸至送粉器下壳体(8)出口部分；搅拌体(7)安装在螺旋输送轴(5)的螺旋部分的上方，减小粉末对送粉器出口处的压力；粉末依靠自重下落至送粉器出口，在螺旋结构的旋转搅动下，沿螺旋槽均匀输出，通过改变小型调速马达(3)的转速，可调整粉末输送量；

所述的同轴送粉喷嘴(12)采用环绕中心腔体的两通道一体式结构，包括固定连接结构(13)、中心腔体结构(14)、两相流体输送通道(15)；所述的固定连接结构(13)与送粉系统基体连接；所述的中心腔体结构(14)为光路提供通行通道，采用锥形结构，其壁面与激光的锥形聚焦光路表面平行；所述的两相流体输送通道(15)依次为连接段(16)、引入段(17)和汇聚段(18)，使气固两相流具有良好的输送特性；所述连接段(16)即为入口段，可与水平输送管路直接对接，避免管路弯曲对流体流动造成的影响；所述引入段(17)，上部分为内壁流线型收缩结构，对进入喷嘴的流体进行整流，使气体与粉末的流动轨迹混合收缩、均匀加速，利于流体在后续结构中稳定流动；下部分为等直径倾斜圆柱形通道结构，使用较小的倾斜角度，完成流体流向改变，具有引导流体流动的作用；所述汇聚段(18)通道采用锥形渐缩方式，对流体进行汇聚。

2.根据权利要求1所述的一种便携型激光修复装置粉末输送系统，其特征在于，所述的螺旋输送轴(5)在实际输送过程中的转速较低，螺旋部分采用曲面矩形结构，使粉末围绕螺旋槽中心流动，利用螺旋槽的转动配合粉末自重达到稳定输出的目的，螺旋槽起到通断作用，实现粉末流量的控制；矩形螺旋侧面面积较大，与送粉器出口段配合较紧密可防止粉末泄露；为防止输送过程中螺旋槽发生阻塞，螺旋部分取2-3个螺距的长度。

3.根据权利要求1或2所述的一种便携型激光修复装置粉末输送系统，其特征在于，所述的气流引导管(2)与流体输送主管路(10)采用螺纹形式连接，其锥形收缩出口在送粉器出口处形成文丘里结构，通过调节其轴向行程改变气流出口的位置，改变送粉器出口处的气流压力，利于粉末由送粉器出口顺利下落。

4.根据权利要求1或2所述的一种便携型激光修复装置粉末输送系统，其特征在于，所述的锥形送粉器下壳体(8)的锥形倾角为60°，大于粉末静止角，利于粉末自重流动。

5.根据权利要求3所述的一种便携型激光修复装置粉末输送系统，其特征在于，所述的锥形送粉器下壳体(8)的锥形倾角为60°，大于粉末静止角，利于粉末自重流动。