CN111074267B - 一种用于细粉输送的激光熔覆送粉喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明公布一种用于细粉输送的激光熔覆送粉喷嘴，主要结构包括内套筒、锥形喷嘴、中套筒、外套筒、送粉管套、团聚刷、激振源、减振器。内套筒和锥形喷嘴连接，形成的中部空腔用于传输激光束和保护气；中套筒内部具有冷却内腔，主要起到冷却喷嘴作用；外套筒侧边周向均布有送粉入口，并于中套筒形成环形激振腔。送粉管套上端置于环形激振腔内，由内管和外管两个独立的部分构成。利用激振源使送粉管套外管上的团聚刷高频振动，与内管上的斜面凸台相配合，从而起到分散细粉团聚的作用。本发明通过团聚刷振动作用，解决了细粉末团聚的问题，保证了送粉的连续性、均匀性和稳定性，提高了熔覆质量。

Description

一种用于细粉输送的激光熔覆送粉喷嘴

技术领域

本发明涉及激光熔覆设备领域，具体是一种用于细粉输送的激光熔覆送粉喷嘴。

背景技术

激光熔覆是指使用高能量激光束使粉末和基材一起融化凝固从而使零件表面材料性能改良的一种方法。在熔覆过程中，粉末材料供给方式较为先进的是同轴送粉技术，因此同轴送粉喷嘴是激光熔覆装备的核心部件之一。同轴送粉喷嘴的送粉效果直接影响熔覆材料的性能属性，为了保证良好的熔覆效果，实现熔覆材料粉流束与激光束的良好匹配是工艺实施的关键技术。

激光熔覆的送粉喷嘴需要保证输送粉末的连续性、均匀性和稳定性。申请号为CN201821450382.8的中国专利公布了一种激光熔覆用具有回收利用功能的送粉喷嘴，利用振动块避免了粉末堵塞送粉管道，解决了粉末输送连续性的问题。但是这种喷嘴无法解决细粉的输送均匀性的问题，并且振动块会导致喷嘴整体抖动，从而影响激光头的稳定性。

颗粒直径小于100 μm的细粉由于表面粘附作用，易发生团聚。团聚的发生一方面使粉末分布不均匀，另一方面也会导致粉末输送的不连续性，严重影响加工生产，降低熔覆效率。因此需要通过同轴送粉喷嘴的设计，来保证细粉的输出连续性、均匀性和稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于细粉输送的激光熔覆送粉喷嘴，解决熔覆过程中喷嘴内细粉的团聚问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种用于细粉输送的激光熔覆送粉喷嘴，包括用于激光束通过的内套筒和用于输送金属粉末的送粉管套；所述内套筒外套装有中套筒，中套筒具有中空的冷却内腔，中套筒上开设有与冷却内腔连通的冷却水入口和冷却水出口；

所述送粉管套滑动套装在中套筒外，中套筒上端固定有外套筒，送粉管套上端与中套筒之间安装有激振源和减振器；

所述送粉管套包括内管和套装在内管外的外管，内管、外管之间具有间隙，内管、外管之间形成环形送粉腔；所述内管外壁具有若干斜面凸台，所述外管内壁具有若干团聚刷，斜面凸台和团聚刷在环形送粉腔中一一相对。

其进一步是：所述团聚刷是由直径小于100 μm的金属丝组成的阵列单元，金属丝长度略小于环形送粉腔宽度。

所述外套筒上端具上环形内台阶，外套筒下端具有下环形内台阶，上环形内台阶、下环形内台阶之间形成环形激振空腔；所述送粉管套上端具有法兰台，送粉管套上端的法兰台位于环形激振空腔中；所述减振器安装在送粉管套法兰台上表面与外套筒上环形内台阶下表面之间；所述激振源安装在送粉管套法兰台下表面与外套筒下环形内台阶上表面之间；

所述外套筒侧壁周向均布有送粉入口，送粉入口与环形送粉腔对应连接。

所述减振器包括多个均布连接在送粉管套法兰台上表面与外套筒上环形内台阶下表面之间的弹簧。

所述激振源5为磁悬浮马达，振动频率达600Hz，包括固定在送粉管套法兰台下表面的铁片，和固定在外套筒下环形内台阶上表面的电磁线圈，铁片与电磁线圈上下相对。

所述内套筒下端具有锥形喷嘴，锥形喷嘴与内套筒下端之间可拆卸式连接；

内套筒上端开设有外螺纹，使用时，内套筒上端通过外螺纹与激光头进行固定连接；内套筒上端一侧开设有连通内套筒内部的保护气入口。

所述内套筒上端开设有外螺纹，中套筒上端开设有内螺纹，中套筒上端通过螺纹连接安装在内套筒上端；所述冷却水入口和冷却水出口开设在中套筒上端面，冷却水入口和冷却水出口沿中套筒轴心对称；

所述外套筒上环形内台阶的内壁上开设有内螺纹，中套筒上端开有外螺纹，上环形内台阶通过螺纹连接安装在中套筒上端。

本发明的有益效果如下：

1.通过团聚刷高频振动，与内管上的斜面凸台相配合，解决了细粉的团聚的问题，保证了细粉输送的均匀性；

2.通过若干团聚刷的相互作用，保证了细粉在同轴喷嘴中输送的连续性，提高了熔覆质量；

3.送粉管套的内外管分离式设计和浮动式安装、以及减振器的作用，保证了同轴喷嘴与激光头不受振动影响，保证了粉末输送的稳定性；

4.降低了熔覆材料受粉末直径尺寸的约束程度，增加了材料的选择范围，有利于熔覆低稀释率的超薄涂层；

5.采用套筒、锥形喷嘴、送粉管套的模块化设计，方便维修更换，从而节约生产成本。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中团聚刷在送粉管套上的分布示意图；

图中：1-内套筒，2-冷却水入口，3-外套筒，4-减振器，5-激振源，6-外管，7-内管，8-环形送粉腔，9-中套筒，10-锥形喷嘴，11-中部空腔，12-保护气入口，13-冷却水出口，14-送粉入口，15-环形激振器腔；16-送粉管套，17-团聚刷，18-斜面凸台。

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他实施例，都属于本发明保护的范围。

结合图1所示，一种用于细粉输送的激光熔覆送粉喷嘴，主要结构包括内套筒1、锥形喷嘴10、中套筒9、外套筒3、送粉管套16、团聚刷17、激振源5、减振器4。内套筒1上端径向开设保护气入口12，内套筒下端与锥形喷嘴10通过螺纹连接。内套筒1和锥形喷嘴10的中部空腔11用于传输激光束和保护气，激光束从中部空腔11上端传输至锥形喷嘴输出，抵达同轴喷嘴下方的被加工工件表面。保护气从保护气入口12进入经中部空腔11从锥形喷嘴流出，保护气采用惰性气体，用于防止激光熔覆过程中的熔池氧化。内套筒1上端开设有外螺纹，使用时，内套筒1上端通过螺纹连接与激光头末端进行固定。

中套筒9为上部呈圆柱、下部呈锥形的中空套筒结构，中套筒9套装在内套筒1外，中套筒9上端开设有内螺纹，中套筒9上端通过螺纹连接套装在内套筒1外。中套筒9内部具有中空的冷却内腔，中套筒7上端面开设有与冷却内腔连通的冷却水入口2和冷却水出口13；冷却水入口2和冷却水出口13沿中套筒7轴心对称。使用时，冷却内腔中充有冷却水，循环冷却水从冷却水入口2进入，由冷却水出口11流出，达到最好的冷却效果。

外套筒3为中空盘状结构，侧壁周向均布有4个送粉入口14，用于连接环形送粉腔8。外套筒3上端具上环形内台阶，外套筒3下端具有下环形内台阶，上环形内台阶、下环形内台阶之间形成环形激振空腔15。外套筒3上环形内台阶的内壁上开设有内螺纹，中套筒9上端开有外螺纹，上环形内台阶通过螺纹连接安装在中套筒9上端。这样，外套筒3、中套筒9与内套筒1相互通过螺纹连接，保持固定的无相对运动的连接关系，通过内套筒1的螺纹固定安装于激光头末端。

送粉管套16上端具有法兰状的法兰台，法兰台置于环形激振空腔15，送粉管套16下端为锥状。送粉管套16由内管7和外管6两个独立的部分构成，内管7和外管6配合形成环形送粉腔8，细粉通过送粉入口14进入环形送粉腔8，从下端锥状出口输出。送粉管套16浮动安装于环形激振空腔15内，内管7通过减振器4安装于环形激振空腔15上壁面，外管6通过激振源5安装于环形激振空腔15下壁面。

优选的：减振器4包括多个均布连接在送粉管套16法兰台上表面与外套筒3上环形内台阶下表面之间的弹簧；

激振源5为磁悬浮马达，振动频率达600Hz，包括固定在送粉管套16法兰台下表面的铁片，和固定在外套筒3下环形内台阶上表面的电磁线圈，铁片与电磁线圈上下相对。

再结合图2所示，内管7的壁面上具有均布的斜面凸台18，外管6制有均布的团聚刷17，斜面凸台18和团聚刷17在环形送粉腔8中一一相对。团聚刷17在外管6壁面上相间阵列排列，如图2所示；团聚刷17为直径50 μm的金属丝阵列单元，金属丝长度略小于送粉管套16内环形送粉腔8宽度；激振源5产生的高频振动，迫使外管6随之高频振动，因而团聚刷17在斜面凸台18上高频振动，从而起到破碎团聚细粉的作用。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点，所述实施例仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，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，皆应在权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种用于细粉输送的激光熔覆送粉喷嘴，包括用于激光束通过的内套筒（1）和用于输送金属粉末的送粉管套（16）；

其特征在于：

所述内套筒（1）外套装有中套筒（9），中套筒（9）具有中空的冷却内腔，中套筒（9）上开设有与冷却内腔连通的冷却水入口（2）和冷却水出口（13）；

所述送粉管套（16）滑动套装在中套筒（9）外，中套筒（9）上端固定有外套筒（3），送粉管套上端与中套筒（9）之间安装有激振源（5）和减振器（4）；

所述送粉管套（16）包括内管（7）和套装在内管（7）外的外管（6），内管（7）、外管（6）之间具有间隙，内管（7）、外管（6）之间形成环形送粉腔（8）；所述内管（7）外壁具有若干斜面凸台（18），所述外管（6）内壁具有若干团聚刷（17），斜面凸台（18）和团聚刷（17）在环形送粉腔（8）中一一相对；

所述外套筒（3）上端具上环形内台阶，外套筒（3）下端具有下环形内台阶，上环形内台阶、下环形内台阶之间形成环形激振空腔（15）；所述送粉管套（16）上端具有法兰台，送粉管套（16）上端的法兰台位于环形激振空腔（15）中；所述减振器（4）安装在送粉管套（16）法兰台上表面与外套筒（3）上环形内台阶下表面之间；所述激振源（5）安装在送粉管套（16）法兰台下表面与外套筒（3）下环形内台阶上表面之间；

所述外套筒（3）侧壁周向均布有送粉入口（14），送粉入口（14）与环形送粉腔（8）对应连接

所述减振器（4）包括多个均布连接在送粉管套（16）法兰台上表面与外套筒（3）上环形内台阶下表面之间的弹簧。

2.根据权利要求1所述的一种用于细粉输送的激光熔覆送粉喷嘴，其特征在于：所述团聚刷（17）是由直径小于100 μm的金属丝组成的阵列单元，金属丝长度略小于环形送粉腔（8）宽度。

3.根据权利要求1所述的一种用于细粉输送的激光熔覆送粉喷嘴，其特征在于：所述激振源5为磁悬浮马达，振动频率达600Hz，包括固定在送粉管套（16）法兰台下表面的铁片，和固定在外套筒（3）下环形内台阶上表面的电磁线圈，铁片与电磁线圈上下相对。

4.根据权利要求1所述的一种用于细粉输送的激光熔覆送粉喷嘴，其特征在于：所述内套筒（1）下端具有锥形喷嘴（10），锥形喷嘴（10）与内套筒（1）下端之间可拆卸式连接；

内套筒（1）上端开设有外螺纹，使用时，内套筒（1）上端通过外螺纹与激光头进行固定连接；内套筒（1）上端一侧开设有连通内套筒（1）内部的保护气入口（12）。

5.根据权利要求1所述的一种用于细粉输送的激光熔覆送粉喷嘴，其特征在于：所述内套筒（1）上端开设有外螺纹，中套筒（9）上端开设有内螺纹，中套筒（9）上端通过螺纹连接安装在内套筒（1）上端；所述冷却水入口（2）和冷却水出口（13）开设在中套筒（9）上端面，冷却水入口（2）和冷却水出口（13）沿中套筒（9）轴心对称；

所述外套筒（3）上环形内台阶的内壁上开设有内螺纹，中套筒（9）上端开有外螺纹，上环形内台阶通过螺纹连接安装在中套筒（9）上端。

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