CN110952087A - 一种超高速激光熔覆工艺用同轴送粉头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超高速激光熔覆工艺用同轴送粉头，属于激光增材制造技术领域，其左送粉腔和右送粉腔均相对激光光束腔倾斜设置，且左送粉腔和右送粉腔的中心线之间的夹角为15°～60°，左送粉腔或右送粉腔的中心线与激光光束腔的中心线之间的夹角为10°～30°，只有在该夹角范围内才能够保证超高速激光熔覆工艺形成的涂层质量，也即本发明实施例通过优化送粉腔与光束腔之间的夹角实现超高速激光熔覆工艺，并且可以保证超高速激光熔覆工艺的激光束能量大部分用于加热熔化和加速飞行中的粉末粒子，避免了熔覆涂层被基材稀释，保证涂层的有效成分不受基体材料的影响从而提高涂层的耐蚀抗磨效果。

Description

一种超高速激光熔覆工艺用同轴送粉头

技术领域

本发明涉及激光增材制造、激光熔覆和激光热喷涂技术领域，尤其涉及一 种超高速激光熔覆工艺用同轴送粉头。

背景技术

现代高端装备的核心关键零部件大部分是运动部件，磨损、腐蚀、疲劳等 原因造成了核心关键零部件的频繁损伤甚至失效，威胁设备长期可靠运行，造 成大量昂贵的核心关键零部件报废，从而造成巨大的经济损失、资源浪费以及 能源浪费。

一方面，传统耐磨抗蚀镍基合金涂层制备设备，由于使用的镍基粉末尺寸 大、硬度大、熔点高等特点，在涂层制备过程中，存在粉末颗粒熔化不良的问 题，导致制备的涂层存在易开裂、致密度低等缺点而不能满足生产需要。

另一方面，传统的涂层加工设备，存在热输入量控制精确度低、加工效率 低和污染严重等问题，导致基体受热过多而变形严重，从而使得制备的镍基合 金涂层因开裂严重而导致耐蚀抗磨性能恶化。因此，亟待提供一种制备镍基材 料涂层的新工艺来满足实际生产需求，解决镍基合金涂层在制备过程中开裂倾 向大而导致耐磨抗蚀性能恶化的问题。

但是，目前市场上常用的激光喷涂设备，无论是同轴送粉或旁轴送粉实质 上都是粉包裹着激光的光外送粉。由于光外送粉会造成激光和粉末的作用时间 较短，会存在对送粉喷嘴的加工精度以及对粉末的利用率较低等问题

发明内容

本发明提供一种超高速激光熔覆工艺用同轴送粉头，通过优化送粉腔与光 束腔之间的夹角实现超高速激光熔覆工艺，并且可以保证超高速激光熔覆工艺 的激光束能量大部分用于加热熔化和加速飞行中的粉末粒子，避免了熔覆涂层 被基材稀释，保证涂层的有效成分不受基体材料的影响从而提高涂层的耐蚀抗 磨效果。

本发明提供的具体技术方案如下：

本发明提供的一种超高速激光熔覆工艺用同轴送粉头包括装置本体、设置 在所述装置本体中间位置的激光光束腔、分别分布在所述激光光束腔两侧的左 送粉腔和右送粉腔，其中，所述激光光束腔为呈倒锥形结构，所述左送粉腔和 所述右送粉腔均相对所述激光光束腔倾斜设置，所述左送粉腔和所述右送粉腔 的中心线之间的夹角为15°～60°，所述左送粉腔或所述右送粉腔的中心线与 所述激光光束腔的中心线之间的夹角为10°～30°。

可选的，所述左送粉腔和所述右送粉腔对称分布在所述激光光束腔的左右 两侧，且所述左送粉腔和所述右送粉腔的中心线之间的夹角为30°～45°。

可选的，所述激光光束腔竖直设置，所述左送粉腔和所述右送粉腔的出粉 口朝向所述激光光束腔汇聚，且所述左送粉腔和所述右送粉腔的截面中心线和 所述激光光束腔的截面中心线的汇聚点在同一个平面内。

可选的，所述左送粉腔和所述右送粉腔均有多跟送粉管组成，其中，所述 左送粉腔和所述右送粉腔的所述柱形送粉管相对交替互补设置。

可选的，所述装置本体包括装置中心体和对称分布在所述装置中心体两侧 的左本体和右本体，其中，所述左送粉腔沿所述左本体和所述装置中心体之间 的拼接面分布，所述右送粉腔沿所述右本体和所述装置中心体之间的拼接面分 布；所述柱形送粉管为拼接分体结构，所述柱形送粉管包括相互拼接配合的左 管体和右管体，其中，所述左送粉腔的所述柱形送粉管的所述左管体位于所述 左本体相对所述装置中心体的侧面，所述右送粉腔的所述柱形送粉管的所述右 管体位于所述右本体相对所述装置中心体的侧面。

可选的，所述左送粉腔的所述柱形送粉管数量比所述右送粉腔的所述柱形 送粉管数量少1根或者多1根，所述左送粉腔和所述右送粉腔的所述柱形送粉 管的中轴线与所述激光光束腔的中轴面之间的所有汇聚点在一条直线上；所述 激光光束腔的锥度为1:10～1:5。

可选的，所述左本体的外侧设置有左端盖，所述右本体的外侧设置有右端 盖，所述左端盖和所述左本体相互配合形成左冷却腔，所述右端盖和所述右本 体相互配合形成右冷却腔，所述左端盖和所述右端盖上均设置有冷却液循环管 安装孔。

可选的，所述同轴送粉头还包括设置在所述装置本体侧面的连接装置，所 述连接装置用于将所述同轴送粉头固定在其他部件上，所述连接装置上设置有 燕尾槽，所述燕尾槽的槽底设置有螺纹沉孔。

可选的，所述同轴送粉头还包括设置在所述装置本体上部的连接装置，所 述连接装置用于将所述同轴送粉头固定在其他部件上，所述连接装置设置在所 述装置本体的上端，所述连接装置上设置有连接法兰盘，所述连接法兰盘用于 与其他部件相固定，所述激光光束腔贯穿所述装置本体和所述连接装置。

本发明的有益效果如下：

本发明实施例提供一种超高速激光熔覆工艺用同轴送粉头的左送粉腔和 右送粉腔均相对激光光束腔倾斜设置，且左送粉腔和右送粉腔的中心线之间的 夹角为15°～60°，左送粉腔或右送粉腔的中心线与激光光束腔的中心线之间 的夹角为10°～30°，只有在该夹角范围内才能够保证超高速激光熔覆工艺形 成的涂层质量，大于或者小于该夹角范围均不能够实现超高速激光熔覆工艺或 者严重影响其形成的涂层质量，也即本发明实施例通过优化送粉腔与光束腔之 间的夹角实现超高速激光熔覆工艺，并且可以保证超高速激光熔覆工艺的激光 束能量大部分用于加热熔化和加速飞行中的粉末粒子，避免了熔覆涂层被基材 稀释，保证涂层的有效成分不受基体材料的影响从而提高涂层的耐蚀抗磨效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所 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他的附图。

图1为本发明实施例的一种超高速激光熔覆工艺用同轴送粉头的等轴侧结 构示意图；

图2为本发明实施例的一种超高速激光熔覆工艺用同轴送粉头的等轴侧结 构示意图；

图3为本发明实施例的一种超高速激光熔覆工艺用同轴送粉头的正视结构 示意图；

图4为本发明实施例的一种超高速激光熔覆工艺用同轴送粉头的侧视结构 示意图；

图5为本发明实施例的一种超高速激光熔覆工艺用同轴送粉头的仰视结构 示意图；

图6为本发明实施例的一种超高速激光熔覆工艺用同轴送粉头的俯视结构 示意图；

图7为本发明实施例的一种超高速激光熔覆工艺用同轴送粉头的剖视结构 示意图；

图8为本发明实施例的图6中的B-B向剖视结构示意图；

图9为本发明实施例的图6中的C-C向剖视结构示意图；

图10为本发明实施例的一种装置本体的正视结构示意图；

图11为本发明实施例的一种装置本体的俯视结构示意图；

图12为本发明实施例的一种装置本体的剖视结构示意图；

图13为本发明实施例的一种装置本体的剖视结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发 明作进一步地详细描述，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。

下面将结合图1～图13对本发明实施例的一种超高速激光熔覆工艺用同轴 送粉头进行详细的说明。

参考图1、图2和图3所示，本发明实施例提供的一种同轴送粉头包括装 置本体1、固定在装置本体1上的连接装置2、设置在装置本体1中间位置的 激光光束腔3、分别分布在激光光束腔3两侧的左送粉腔4和右送粉腔6，其 中，连接装置2用于将本发明实施例的同轴送粉头与其他部件相固定，示例的， 本发明实施例的同轴送粉头的装置本体1通过连接装置2固定在激光熔覆装置 或者激光喷熔设备上。

参考图1、图2、图8、图10、图12和图13所示，装置本体1上设置的 激光光束腔3为倒锥形结构的，左送粉腔4和右送粉腔6均相对激光光束腔3 倾斜设置，左送粉腔4和右送粉腔6的中心线之间的夹角α为15°～60°，左 送粉腔4或右送粉腔6的中心线与激光光束腔3的中心线之间的夹角β为10° ～30°。本申请的发明人经过大量的实验和实践，历经多数次的失败后发现， 只有当本发明实施例的同轴送粉头的左送粉腔4和右送粉腔6的中心线之间的夹角α为15°～60°，左送粉腔4或右送粉腔6的中心线与激光光束腔3的中 心线之间的夹角β为10°～30°时才可以保证本发明实施例的同轴送粉头可以 用于超高速激光熔覆工艺，并且也只有在该夹角范围内才能够实现超高速激光 熔覆且具有较好的涂层质量。申请人付出创造性的劳动发现，如果左送粉腔4 和右送粉腔6的中心线与激光光束腔3的中心线之间的夹角β为不在10° ～30°的范围内，无论是大于该夹角范围或者小于该夹角范围，都不能保证本 发明实施例的同轴送粉头用于超高速激光熔覆工艺可以获取到质量较好的涂 层。

参考图1、图2、图8、图10、图12和图13所示，左送粉腔4和右送粉 腔6对称分布在激光光束腔3的左右两侧，且左送粉腔4和右送粉腔6的中心 线之间的夹角为30°～45°，因为当左送粉腔4和右送粉腔6的中心线之间的 夹角为30°～45°且左送粉腔4和右送粉腔6对称分布在激光光束腔3的左右 两侧时，本发明实施例的同轴送粉头用于超高速激光熔覆工艺时，可以在激光 光束汇聚点形成均匀的粉饼，进而可以在基材表面形成厚度均匀且表面质量极 好的涂层。

参考图1、图2、图8、图10、图12和图13所示，激光光束腔3竖直设 置，左送粉腔4和右送粉腔6的出粉口朝向激光光束腔3汇聚，且左送粉腔4 和右送粉腔6的截面中心线和激光光束腔3的截面中心线的汇聚点在同一个平 面内。参考图1、图2、图6和图7所示，左送粉腔4和右送粉腔6都是由多 根送粉管组成，其中，由于每一根送粉管都是沿竖直方向上倾斜设置，而激光 光束腔沿竖直方向上竖直设置，进而每一根送粉管的中轴线都会与激光光束腔 的中轴面相交，并且所有送粉管的中轴线与激光光束腔的中轴面之间的交点均 在同一个水平面内，也即所有送粉管的中轴线与激光光束腔的中轴面之间的交 点在同一个水平面内形成一个饼状结构，进而可以在激光光束腔内光束的汇聚 点处形成粉饼包覆，并且送粉腔出口形成的粉饼具有一定的直径进而可以在激 光光束汇聚点的上方与激光光束汇聚，使得激光束在抵达基体表面之前与粉饼 接触，保证激光束的能量大部分用于加热熔化和加速飞行中的粉末粒子，只有 极少量的光束能量会加热基体，避免了基体被过度加热而大幅降低稀释率，减 小了基体变形量和稀释率，可以大幅度提高粉末利用率和加工效率，保证涂层 的有效成分不受基体材料的影响从而提高涂层的耐蚀抗磨效果。

示例的，参考图1、图8、图9和图10所示，装置本体1的截面为一个扇 形结构，其中，左送粉腔4和右送粉腔6的截面中心线(也即每一根送粉管的 中轴线)和激光光束腔3的截面中心线(也即激光光束腔的宽度方向上的中轴 面与宽度方向上的中轴面之间的交线)分别与该扇形结构所在圆的不同半径线 重合，也即左送粉腔4、右送粉腔6与激光光束腔3均沿该扇形结构所在圆的 半径方向设置，进而无论左送粉腔4和右送粉腔6沿激光光束腔3宽度方向上 分布的送粉管的数量和激光光束腔3的宽度如何变化均可以保证激光光束的汇聚点与送粉腔的汇聚点分布在同一个平面内，但是送粉腔出口形成的粉饼具有 一定的直径进而可以在激光光束汇聚点的上方与激光光束汇聚，使得激光束在 抵达基体表面之前与粉饼接触，保证激光束的能量大部分用于加热熔化和加速 飞行中的粉末粒子，只有极少量的光束能量会加热基体，避免了基体被过度加 热而大幅降低稀释率，减小了基体变形量和稀释率，可以大幅度提高粉末利用 率和加工效率，保证涂层的有效成分不受基体材料的影响从而提高涂层的耐蚀 抗磨效果。

参考图1、图2、图3、图5、图8和图11所示，左送粉腔4和右送粉腔6 的柱形送粉管401相对交替互补设置。柱形送粉管401的主体可以是圆柱形送 粉管或者棱柱形送粉管，示例的，柱形送粉管401的可以至三棱柱或者四棱柱 结构，本发明实施例对此不作限定，但是，柱形送粉管401的主体横截面形状 相同，也即需要保证柱形送粉管401在其长度方向上管径均匀分布，以保证粉 末在送粉管内的均匀流通。

参考图5和图11所示，左送粉腔4和右送粉腔6的柱形送粉管401错位 设置，也即左送粉腔4的柱形送粉管401的中心与右送粉腔6的柱形送粉管401 的中心在激光光束腔3长度方向上的投影互不重合，并且左送粉腔4的柱形送 粉管401的中心与右送粉腔6的柱形送粉管401的中心在激光光束腔3长度方 向上的投影交错互补分布，进而可以避免在激光光束的周围形成粉饼空隙，并 且左送粉腔4的柱形送粉管401的中心与右送粉腔6的柱形送粉管401的中心 在激光光束腔3长度方向上的投影对称间隔分布，可以实现在激光光束周围形 成的粉饼的均匀性。

具体的，左送粉腔4的柱形送粉管401数量比右送粉腔6的柱形送粉管401 数量少1根或者多1根，也即左送粉腔4和右送粉腔6所包括的柱形送粉管401 的数量不相同，而且，由于左送粉腔4的柱形送粉管401的中心与右送粉腔6 的柱形送粉管401的中心在激光光束腔3长度方向上的投影交错互补分布，进 而左送粉腔4的柱形送粉管401数量比右送粉腔6的柱形送粉管401数量少1 根或者多1根可以进一步保证在激光光束周围形成的粉饼的均匀性和完整性， 避免出现空白间隙。

参考图1、图2、图3、图8、图9和图10所示，本发明实施例的激光光 束腔3为倒立设置的梯形四棱锥结构，送粉腔4为沿激光光束腔3的长边平行 分布的两排柱形送粉管组成的左送粉腔和右送粉腔，也即本发明实施例采用的 是矩形光斑配合圆形粉饼，进一步增加激光光束与粉饼之间的作用时间，提高 粉末的利用率和涂层的冶金结合强度。其中，激光光束腔的锥度为1:10～1:5， 优选的，激光光束腔的锥度为15:114，其中，锥度指的是大端半径与小端半径 的差值与高度之间的比值。在该锥度下激光光束与粉饼之间的作用时间最长， 粉末的利用率最高、基体稀释率最低且涂层的冶金结合强度。

参考图10所示，本发明实施例的柱形送粉管401包括柱形狭管4011、柱 形接管4012、用于连接柱形狭管4011和柱形接管4012的锥形过渡管4013， 其中，柱形接管4012用于连接外部送粉管，示例的，柱形接管4012的内部加 工有内螺纹，进而可以通过螺纹连接与外部送粉管相固定。

参考图1、图2、图3、图4、图6、图7、图10、图12和图13所示，本 发明实施例的同轴送粉头在激光光束腔3的两侧设置有冷却腔5，具体的，左 送粉腔4的外侧设置有左冷却腔501，右送粉腔6的外侧设置有右冷却腔502， 左冷却腔501和右冷却腔502对称分布在激光光束腔3的两侧。其中，左冷却 腔501和右冷却腔502均为倾斜设置的矩形内腔，矩形内腔的侧壁上设置有冷 却液循环管安装孔503，左冷却腔501和右冷却腔502之间的夹角为30°～45°。 冷却液循环管安装孔503用于安装冷却液循环管实现本发明实施例的同轴送粉 头的快速冷却。

本发明实施例提供的将同轴送粉头固定在其他部件上的连接方式可以是 侧边安装固定。参考图1所示，侧边安装固定方式中，连接装置2固定在装置 本体1的侧面，其中，连接装置2可以与装置本体1之间一体成型或者分体加 工之后采用螺栓或者螺钉等固定。参考图1所示，连接装置2上设置有燕尾槽 201，燕尾槽201的槽底设置有螺纹沉孔202。其中，燕尾槽201用于与其他固 定部件上的T型滑块相互配合实现本发明实施例的同轴送粉头的结构限位，进 而配合螺纹沉孔202内安装紧固螺栓或者螺钉实现本发明实施例的同轴送粉头 的可靠安装。其中，燕尾槽201的设置可以保证本发明实施例的同轴送粉头的 安装精度。

参考图1所示，燕尾槽201的槽底设置有3个螺纹沉孔202，3个螺纹沉 孔202呈三星堆结构设置，也即3个螺纹沉孔202的中心分别位于一个等腰三 角型的三个顶点上，螺纹沉孔202用于安装螺纹紧固装置。螺纹紧固装置可以 是螺钉或者螺栓。呈三星堆结构设置的3个螺纹沉孔202相互配合可以进一步 保证本发明实施例的同轴送粉头的安装精度。

本发明实施例提供的同轴送粉头还可以采用顶部安装固定方式，连接装置 2固定在装置本体1的上部，其中，连接装置2可以与装置中心体101一体成 型或者分体加工，并且，连接装置2可以焊接固定在装置中心体101的上部或 者采用螺纹连接或螺栓连接固定在装置中心体101上。参考图2、图3、图7 和图8所示，连接装置2上设置有连接法兰盘203，连接法兰盘203用于与其 他部件相固定，激光光束腔3贯穿装置本体1和连接装置2。

具体的，参考图2、图3、图8和图9所示，连接装置2设置在装置本体1 的上端，连接装置2上设置有连接法兰盘203，连接法兰盘203用于与其他部 件相固定，激光光束腔3贯穿装置本体1和连接装置2。具体的，参考图2、 图3、图8和图9所示，连接装置2包括固定底座204、固定在固定底座204 上的连接法兰盘203、分别位于固定底座204两侧的外部送粉头安装板205， 其中，固定底座204和连接法兰盘203一体成型，固定底座204采用螺栓或者 螺钉固定在装置本体1的上端，外部送粉头安装板205采用螺栓或者螺钉固定 在装置本体1上，外部送粉头安装板205上设置有外部送粉头安装孔206，外 部送粉头402可以采用螺纹连接固定在外部送粉头安装孔206内。外部送粉头 安装板205的下表面与固定底座204的下表面之间呈钝角倾斜设置。

参考图2～图13所示，本发明实施例提供的同轴送粉头为了降低装置本体 的加工难度，采用相互拼接固定的分体式结构。具体的，参考图2、图3、图4、 图6、图7、图8、图9、图10、图11和图12所示，本发明实施例提供的装置 本体1包括装置中心体101和对称分布在装置中心体101两侧的左本体102和 右本体103，其中，左送粉腔4沿左本体102和装置中心体101之间的拼接面 分布，右送粉腔6沿右本体103和装置中心体101之间的拼接面分布。

其中，参考图9、图10、图11和图12所示，本发明实施例的装置中心体 101、左本体102和右本体103分开单独加工之后，可以采用螺钉或者螺栓相 互安装固定。同时，采用分体式结构的装置本体1是为了降低柱形送粉管401 组成的左送粉腔和右送粉腔的加工难度。参考图9、图10、图11和图12所示， 柱形送粉管401为拼接分体结构，柱形送粉管401包括相互拼接配合的左管体 4014和右管体4015，其中，左送粉腔4的柱形送粉管401的左管体4014位于 左本体102相对装置中心体101的侧面，右送粉腔6的柱形送粉管401的右管 体4015位于右本体103相对装置中心体101的侧面。

也即，参考图7、图8、图9、图10、图11和图12所示，柱形送粉管401 分为相互拼接配合的左右两部分，其中左右两部分分别设置在左本体102和右 本体103与装置中心体101的拼接面上，也即可以在装置中心体101的拼接面 上加工柱形送粉管401的一半，在左本体102和右本体103的拼接面上加工柱 形送粉管401的剩余部分，进而相互拼接之后形成一个完整的柱形送粉管401。 由于柱形送粉管401是一个倾斜设置的细管，如果不采用拼接结构其加工难度 极高，甚至无法加工出合格的柱形送粉管，采用分体式结构的柱形送粉管实现柱形送粉管的分体加工，可以极大程度的降低柱形送粉管的加工难度，并提高 柱形送粉管的加工精度。

参考图2、图7、图8所示，右送粉腔6的外侧设置有右冷却腔502，左冷 却腔501和右冷却腔502对称分布在激光光束腔3的两侧。其中，左冷却腔501 和右冷却腔502分别是左端盖504和右端盖505与装置本体1相互拼接形成的 冷却液循环空间，参考图2和图7所示，左端盖504和右端盖505分别采用螺 栓或者螺钉固定在装置本体1的两侧。具体的，参考图7所示，左端盖504和 右端盖505分别固定在左本体102和右本体103的外侧，其中，左端盖504与左本体102相互拼接形成左冷却腔501，右端盖505和右本体103相互拼接形 成右冷却腔502。左冷却腔501和右冷却腔502采用拼接结构形成可以降低冷 却腔室的加工难度。示例的，左冷却腔501和右冷却腔502均为矩形腔室。左 端盖504和右端盖505上均设置有冷却液循环管安装孔503。

参考图2、图3、图4、图7和图8所示，左送粉腔4和右送粉腔6包括的 每一根柱形送粉管401均连接一个外部送粉头402，外部送粉头402与柱形送 粉管401之间可以是螺纹连接。参考图10和图11所述，左送粉腔4和右送粉 腔6的所包括的两侧柱形送粉管401相对中心柱形送粉管401(位置在装置本 体1中间位置的柱形送粉管)倾斜设置，也即左送粉腔4和右送粉腔6中设置 的多跟柱形送粉管401的出粉方向向中心位置汇聚，进而可以保证左送粉腔4 和右送粉腔6的送粉效果。

的左送粉腔和右送粉腔均相对激光光束腔倾斜设置，且左送粉腔和右送粉 腔的中心线之间的夹角为15°～60°，左送粉腔或右送粉腔的中心线与激光光 束腔的中心线之间的夹角为10°～30°，只有在该夹角范围内才能够保证超高 速激光熔覆工艺形成的涂层质量，大于或者小于该夹角范围均不能够实现超高 速激光熔覆工艺或者严重影响其形成的涂层质量，也即本发明实施例通过优化 送粉腔与光束腔之间的夹角实现超高速激光熔覆工艺，并且可以保证超高速激 光熔覆工艺的激光束能量大部分用于加热熔化和加速飞行中的粉末粒子，避免 了熔覆涂层被基材稀释，保证涂层的有效成分不受基体材料的影响从而提高涂 层的耐蚀抗磨效果。

本发明实施例提供一种同轴送粉头包括装置本体和固定在装置本体上的 连接装置，其中，装置本体上设置有呈倒锥形结构的激光光束腔，分布在激光 光束腔两侧的呈柱形结构的送粉腔，送粉腔的截面中心线和激光光束腔的截面 中心线的汇聚点在同一个平面内，也即激光光束的汇聚点与送粉腔的汇聚点分 布在同一个水平面内，由于送粉腔出口形成的粉饼具有一定的直径进而可以在 激光光束汇聚点的上方与激光光束汇聚，使得激光束的能量大部分用于加热熔 化和加速飞行中的粉末粒子，只有极少量的光束能量会加热基体，避免了基体 被过度加热而大幅降低稀释率，减小了基体变形量和稀释率，可以大幅度提高 粉末利用率和加工效率，保证涂层的有效成分不受基体材料的影响从而提高涂层的耐蚀抗磨效果。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱 离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属 于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和 变型在内。

Claims (9)

1.一种超高速激光熔覆工艺用同轴送粉头，其特征在于，所述同轴送粉头包括装置本体、设置在所述装置本体中间位置的激光光束腔、分别分布在所述激光光束腔两侧的左送粉腔和右送粉腔，其中，所述激光光束腔为呈倒锥形结构，所述左送粉腔和所述右送粉腔均相对所述激光光束腔倾斜设置，所述左送粉腔和所述右送粉腔的中心线之间的夹角为15°～60°，所述左送粉腔或所述右送粉腔的中心线与所述激光光束腔的中心线之间的夹角为10°～30°。

2.根据权利要求1所述的同轴送粉头，其特征在于，所述左送粉腔和所述右送粉腔对称分布在所述激光光束腔的左右两侧，且所述左送粉腔和所述右送粉腔的中心线之间的夹角为30°～45°。

3.根据权利要求1或2所述的同轴送粉头，其特征在于，所述激光光束腔竖直设置，所述左送粉腔和所述右送粉腔的出粉口朝向所述激光光束腔汇聚，且所述左送粉腔和所述右送粉腔的截面中心线和所述激光光束腔的截面中心线的汇聚点在同一个平面内。

4.根据权利要求3所述的同轴送粉头，其特征在于，所述左送粉腔和所述右送粉腔均有多跟送粉管组成，其中，所述左送粉腔和所述右送粉腔的所述柱形送粉管相对交替互补设置。

5.根据权利要求4所述的同轴送粉头，其特征在于，所述装置本体包括装置中心体和对称分布在所述装置中心体两侧的左本体和右本体，其中，所述左送粉腔沿所述左本体和所述装置中心体之间的拼接面分布，所述右送粉腔沿所述右本体和所述装置中心体之间的拼接面分布；所述柱形送粉管为拼接分体结构，所述柱形送粉管包括相互拼接配合的左管体和右管体，其中，所述左送粉腔的所述柱形送粉管的所述左管体位于所述左本体相对所述装置中心体的侧面，所述右送粉腔的所述柱形送粉管的所述右管体位于所述右本体相对所述装置中心体的侧面。

6.根据权利要求3或4所述的同轴送粉头，其特征在于，所述左送粉腔的所述柱形送粉管数量比所述右送粉腔的所述柱形送粉管数量少1根或者多1根，所述左送粉腔和所述右送粉腔的所述柱形送粉管的中轴线与所述激光光束腔的中轴面之间的所有汇聚点在一条直线上；所述激光光束腔的锥度为1:10～1:5。

7.根据权利要求6所述的同轴送粉头，其特征在于，所述左本体的外侧设置有左端盖，所述右本体的外侧设置有右端盖，所述左端盖和所述左本体相互配合形成左冷却腔，所述右端盖和所述右本体相互配合形成右冷却腔，所述左端盖和所述右端盖上均设置有冷却液循环管安装孔。

8.根据权利要求8所述的同轴送粉头，其特征在于，所述同轴送粉头还包括设置在所述装置本体侧面的连接装置，所述连接装置用于将所述同轴送粉头固定在其他部件上，所述连接装置上设置有燕尾槽，所述燕尾槽的槽底设置有螺纹沉孔。

9.根据权利要求2或6所述的同轴送粉头，其特征在于，所述同轴送粉头还包括设置在所述装置本体上部的连接装置，所述连接装置用于将所述同轴送粉头固定在其他部件上，所述连接装置设置在所述装置本体的上端，所述连接装置上设置有连接法兰盘，所述连接法兰盘用于与其他部件相固定，所述激光光束腔贯穿所述装置本体和所述连接装置。

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