CN114086171A - 一种适用于超高速激光熔覆的多工位同轴送粉式喷嘴 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种适用于超高速激光熔覆的多工位同轴送粉式喷嘴，包括喷嘴主体和夹紧连接装置；所述喷嘴主体内沿径向依次设有互不连通的激光扫描通道、内环送粉通道和外环输气通道，且激光扫描通道、内环送粉通道和外环输气通道同轴设置；所述内环送粉通道与进粉系统连通，所述外环输气通道位于内环送粉通道的外侧，所述外环输气通道与供气系统连通，用于产生环形气墙；所述激光扫描通道位于内环送粉通道的内侧；单位时间内所述内环送粉通道喷出的粉末的体积小于所述外环输气通道喷出的气体体积；所述喷嘴主体一端与夹紧连接装置连接。本发明可大大提高了熔覆效率和熔覆质量。
Description
技术领域
本发明涉及激光熔覆技术领域，特别涉及一种适用于超高速激光熔覆的多工位同轴送粉式喷嘴。
背景技术
超高速激光熔覆技术是近年新开发的表面涂层技术，相比于传统激光熔覆技术，超高速激光熔覆的光斑直径更小，其直径小于1mm，因此超高速激光熔覆技术具有更高的能量密度。在传统激光熔覆过程中，未熔化的粉体被直接送入熔池；而超高速激光熔覆调整了激光、粉体和熔池的汇聚位置，使粉体汇聚处高于熔池上表面，汇聚的粉体受激光辐照熔化后再进入熔池。超高速激光熔覆技术对粉体的辐照更强，可以在短时间内使其熔化，现有喷嘴无法适应超高速激光的性能，导致熔覆效率和熔覆质量较低。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种适用于超高速激光熔覆的多工位同轴送粉式喷嘴，通过单位时间内喷出的粉末的体积远小于保护气体的体积，当粉末在空中被激光熔化形成熔融状态的凝珠时，经由外环输气通道输送的保护气可以更好地起到隔绝氧气的作用。粉末在空中被激光照射熔化形成熔融状态的凝珠，在重力和环形保护气的共同作用下加速下坠，落在基材上形成更紧实的熔覆层，大大提高了熔覆效率和熔覆质量。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种适用于超高速激光熔覆的多工位同轴送粉式喷嘴，包括喷嘴主体和夹紧连接装置；
所述喷嘴主体内沿径向依次设有互不连通的激光扫描通道、内环送粉通道和外环输气通道，且激光扫描通道、内环送粉通道和外环输气通道同轴设置；所述内环送粉通道与进粉系统连通，所述外环输气通道位于内环送粉通道的外侧，所述外环输气通道与供气系统连通，用于产生环形气墙；所述激光扫描通道位于内环送粉通道的内侧；单位时间内所述内环送粉通道喷出的粉末的体积小于所述外环输气通道喷出的气体体积；所述喷嘴主体一端与夹紧连接装置连接。
进一步，所述内环送粉通道包括第一环形空腔和出粉通道，所述第一环形空腔位于喷嘴主体内，所述出粉通道一端与第一环形空腔连通，所述出粉通道为渐缩通道；所述外环输气通道包括第二环形空腔和出气通道，所述第二环形空腔位于喷嘴主体内，所述出气通道一端与第二环形空腔连通，所述出气通道为渐缩通道。
进一步，所述出粉通道一端与第一环形空腔两者连接处平滑相切；所述出粉通道与激光扫描通道呈15°夹角。
进一步，所述出气通道与激光扫描通道呈25°夹角。
进一步，所述夹紧连接装置包括连接装置、夹紧装置和液压执行机构；一个连接装置与喷嘴主体连接，另一个连接装置与光路组件连接；两个所述连接装置之间安装液压执行机构，用于改变喷嘴主体与光路组件的位置；两个所述连接装置上安装夹紧装置。
进一步，所述连接装置为圆柱形的内联块，所述内联块外圆面上均布设有半球形凹槽缺口；所述夹紧装置包括扇形夹块和螺纹预紧装置；所述扇形夹块内圆面上设有半球形凹槽缺口，若干扇形夹块安装在内联块外圆面的外侧，且所述扇形夹块内圆面上半球形凹槽与内联块外圆面上半球形凹槽缺口一一对应，构成球形凹槽；所述液压执行机构的液压杆与液压缸端部分别安装球形连接件，所述球形连接件位于球形凹槽内；所述扇形夹块安装螺纹预紧装置，用于夹紧球形连接件。
进一步，所述球形连接件为电磁结构，通电后可吸附在球形凹槽内。
进一步，所述扇形夹块外壁涂有隔绝磁力的保护层，用于隔离球形连接件产生的磁场。
本发明的有益效果在于：
1.本发明所述的适用于超高速激光熔覆的多工位同轴送粉式喷嘴，内环送粉通道与外环输气通道同轴，而且内环送粉通道的粉末出口直径小于外环输气通道的出气口，使单位时间内喷出的粉末的体积远小于保护气体的体积，当粉末在空中被激光熔化形成熔融状态的凝珠时，经由外环输气通道输送的保护气可以更好地起到隔绝氧气的作用。
2.本发明所述的适用于超高速激光熔覆的多工位同轴送粉式喷嘴，第一环形空腔与出粉通道贯通，且其两者连接处平滑相切，可以壁面粉末受重力影响堆积在喷嘴内部。第一环形空腔可以实现粉末在喷嘴本体内均匀的混合。
3.本发明所述的适用于超高速激光熔覆的多工位同轴送粉式喷嘴，喷嘴的粉末在空中被激光照射熔化形成熔融状态的凝珠，在重力和环形保护气的共同作用下加速下坠，落在基材上形成更紧实的熔覆层，大大提高了熔覆效率和熔覆质量。
4.本发明所述的适用于超高速激光熔覆的多工位同轴送粉式喷嘴，保护气经由外环输气通道喷出时会形成一道气墙，可以将那些受重力影响而偏离喷射轨迹的粉末重新汇聚在一起，进一步提高了粉末的利用率。
5.本发明所述的适用于超高速激光熔覆的多工位同轴送粉式喷嘴，可实现角度转动以及高度调整，通过分别调整相应个数的液压执行机构的伸缩，可以实现喷嘴的多角度转动以及高度的调整。
附图说明
图1为本发明所述的适用于超高速激光熔覆的多工位同轴送粉式喷嘴的三维图。
图2为图1的主视图。
图3为图1的俯视图。
图4为图3的剖视图。
图5为本发明所述的夹紧连接装置的三维图。
图6为图5的俯视图。
图7为图6的剖视图。
图中：
1-内环送粉通道；1-1-进粉管；1-2-第一环形空腔；1-3-出粉通道；1-4-粉末入口；1-5-粉末出口；2-外环输气通道；2-1-进气管；2-2-第二环形空腔；2-3-出气通道；2-4-入气口；2-5-出气口；3-激光扫描通道；4-螺纹连接装置；5-内联块；6-夹紧装置；6-1-扇形夹块；6-2-螺纹预紧装置；7-液压执行机构。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1、图2、图3和图4所示，本发明所述的适用于超高速激光熔覆的多工位同轴送粉式喷嘴，包括喷嘴主体和夹紧连接装置；所述喷嘴主体内沿径向依次设有互不连通的激光扫描通道3、内环送粉通道1和外环输气通道2，且激光扫描通道3、内环送粉通道1和外环输气通道2同轴设置；所述内环送粉通道1包括进粉管1-1、第一环形空腔1-2和出粉通道1-3，所述进粉管1-1与进粉系统连通，所述第一环形空腔1-2位于喷嘴主体内，进粉管1-1与第一环形空腔1-2连接，进粉管1-1为粉末入口1-4，所述出粉通道1-3一端与第一环形空腔1-2连通，所述出粉通道1-3为渐缩通道；所述出粉通道1-3另一端为粉末出口1-5；所述外环输气通道2位于内环送粉通道1的外侧，所述外环输气通道2与供气系统连通，用于产生环形气墙；所述外环输气通道2包括进气管2-1、第二环形空腔2-2和出气通道2-3，所述第二环形空腔2-2位于喷嘴主体内，进气管2-1与第二环形空腔2-2连接，进气管2-1为入气口2-4，所述出气通道2-3一端与第二环形空腔2-2连通，所述出气通道2-3为渐缩通道；所述出气通道2-3另一端为出气口2-5；所述激光扫描通道3位于内环送粉通道1的内侧，所述激光扫描通道3用于输送超高速激光；粉末出口1-5直径小于出气口2-5直径，使单位时间内所述内环送粉通道1喷出的粉末的体积小于所述外环输气通道2喷出的气体体积，当粉末在空中被激光熔化形成熔融状态的凝珠时，经由外环输气通道输送的保护气可以更好地起到隔绝氧气的作用。所述喷嘴主体一端与夹紧连接装置连接。
如图4所示，所述出粉通道1-3一端与第一环形空腔1-2两者连接处平滑相切，可以壁面粉末受重力影响堆积在喷嘴内部。第一环形空腔可以实现粉末在喷嘴本体内均匀的混合。所述出粉通道1-3与激光扫描通道3呈15°夹角。所述出气通道2-3与激光扫描通道3呈25°夹角。
如图5、图6和图7所示，所述夹紧连接装置包括连接装置、夹紧装置6和液压执行机构7；一个连接装置通过螺纹连接装置4与喷嘴主体连接，另一个连接装置通过螺纹连接装置4与光路组件连接；两个所述连接装置之间安装液压执行机构7，用于改变喷嘴主体与光路组件的位置；两个所述连接装置上安装夹紧装置6。
所述连接装置为圆柱形的内联块5，所述内联块5外圆面上均布3个半球形凹槽缺口；所述夹紧装置6包括扇形夹块6-1和螺纹预紧装置6-2；所述扇形夹块6-1内圆面上设有半球形凹槽缺口，3个扇形夹块6-1安装在内联块5外圆面的外侧，且所述扇形夹块6-1内圆面上半球形凹槽与内联块5外圆面上半球形凹槽缺口一一对应，构成球形凹槽；所述液压执行机构7的液压杆与液压缸端部分别安装球形连接件，所述球形连接件位于球形凹槽内；所述扇形夹块6-1安装螺纹预紧装置6-2，用于夹紧球形连接件。所述球形连接件为电磁结构，通电后可吸附在球形凹槽内。所述扇形夹块6-1外壁涂有隔绝磁力的保护层，用于隔离球形连接件产生的磁场。
本发明的工作原理：
通过控制液压执行机构7的伸缩来调整喷嘴的角度及高度以适应不同的加工面。粉末经由进粉管1-1进入第一环形空腔1-2，粉末撞击圆弧壁面向两侧和下方滑移，使得粉末分布均匀，然后落入下方环形出粉通道1-3中被喷出；保护气体由进气管2-1被吹入第二环形空腔2-2，经由环形出气通道2-3被吹出；粉末汇聚最终形成直径小于0.3mm的聚合物。粉末聚合物在空中被激光熔化形成熔融状态的凝珠，凝珠在重力和环形保护气的共同作用下加速下坠，落在基材上形成更加紧实的熔覆层。超高速激光的功率为2000W～8000W。
应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种适用于超高速激光熔覆的多工位同轴送粉式喷嘴，其特征在于，包括喷嘴主体和夹紧连接装置；
所述喷嘴主体内沿径向依次设有互不连通的激光扫描通道(3)、内环送粉通道(1)和外环输气通道(2)，且激光扫描通道(3)、内环送粉通道(1)和外环输气通道(2)同轴设置；所述内环送粉通道(1)与进粉系统连通，所述外环输气通道(2)位于内环送粉通道(1)的外侧，所述外环输气通道(2)与供气系统连通，用于产生环形气墙；所述激光扫描通道(3)位于内环送粉通道(1)的内侧，所述激光扫描通道(3)用于输送超高速激光；单位时间内所述内环送粉通道(1)喷出的粉末的体积小于所述外环输气通道(2)喷出的气体体积；所述喷嘴主体一端与夹紧连接装置连接。
2.根据权利要求1所述的适用于超高速激光熔覆的多工位同轴送粉式喷嘴，其特征在于，所述内环送粉通道(1)包括第一环形空腔(1-2)和出粉通道(1-3)，所述第一环形空腔(1-2)位于喷嘴主体内，所述出粉通道(1-3)一端与第一环形空腔(1-2)连通，所述出粉通道(1-3)为渐缩通道；所述外环输气通道(2)包括第二环形空腔(2-2)和出气通道(2-3)，所述第二环形空腔(2-2)位于喷嘴主体内，所述出气通道(2-3)一端与第二环形空腔(2-2)连通，所述出气通道(2-3)为渐缩通道。
3.根据权利要求1所述的适用于超高速激光熔覆的多工位同轴送粉式喷嘴，其特征在于，所述出粉通道(1-3)一端与第一环形空腔(1-2)两者连接处平滑相切；所述出粉通道(1-3)与激光扫描通道(3)呈15°夹角。
4.根据权利要求1所述的适用于超高速激光熔覆的多工位同轴送粉式喷嘴，其特征在于，所述出气通道(2-3)与激光扫描通道(3)呈25°夹角。
5.根据权利要求1所述的适用于超高速激光熔覆的多工位同轴送粉式喷嘴，其特征在于，所述夹紧连接装置包括连接装置、夹紧装置(6)和液压执行机构(7)；一个连接装置与喷嘴主体连接，另一个连接装置与光路组件连接；两个所述连接装置之间安装液压执行机构(7)，用于改变喷嘴主体与光路组件的位置；两个所述连接装置上安装夹紧装置(6)。
6.根据权利要求5所述的适用于超高速激光熔覆的多工位同轴送粉式喷嘴，其特征在于，所述连接装置为圆柱形的内联块(5)，所述内联块(5)外圆面上均布设有半球形凹槽缺口；所述夹紧装置(6)包括扇形夹块(6-1)和螺纹预紧装置(6-2)；所述扇形夹块(6-1)内圆面上设有半球形凹槽缺口，若干扇形夹块(6-1)安装在内联块(5)外圆面的外侧，且所述扇形夹块(6-1)内圆面上半球形凹槽与内联块(5)外圆面上半球形凹槽缺口一一对应，构成球形凹槽；所述液压执行机构(7)的液压杆与液压缸端部分别安装球形连接件，所述球形连接件位于球形凹槽内；所述扇形夹块(6-1)安装螺纹预紧装置(6-2)，用于夹紧球形连接件。
7.根据权利要求6所述的适用于超高速激光熔覆的多工位同轴送粉式喷嘴，其特征在于，所述球形连接件为电磁结构，通电后可吸附在球形凹槽内。
8.根据权利要求7所述的适用于超高速激光熔覆的多工位同轴送粉式喷嘴，其特征在于，所述扇形夹块(6-1)外壁涂有隔绝磁力的保护层，用于隔离球形连接件产生的磁场。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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