CN202786429U - 用于激光熔覆的一体化同轴喷头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于激光熔覆的一体化同轴喷头，它具有开设在该喷头中央的上下贯通喷头的中央通道，中央通道的底部呈漏斗形，在中央通道的外壁与喷头的外壁之间开设有粉末总通道，该粉末总通道包括位于喷头下部的贯穿喷头底面的混合通道、多个一端与粉末添加装置相连接另一端与混合通道相连通的呈螺旋形的第一通道，混合通道呈漏斗形，且其垂直于中央通道中心轴的截面为环形。粉末从各个第一通道喷射出进入混合通道进行混合，再从混合通道底端的环形口喷射出喷头形成粉末流场，流场整体均匀性大大提高，且粉末流场更加集中、密度增大，粉末流场的最小汇聚点与喷头底端的距离缩短，从而改善了熔覆结果。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于激光熔覆的一体化同轴喷头，属于激光熔覆领域。
背景技术
激光熔覆即高能激光表面熔覆，其物理过程为，在高能激光光束的照射下，基材表面被迅速融化，液态的金属形成一个小规模的熔池，在这个熔池中，原本的金属材料与被添加的粉末相互混合，形成一层新的液态金属层，待激光光束经过以后，熔池的温度降低，液态金属迅速冷却，在金属表面形成一层新的固态熔覆层。激光熔覆可极大的改变该关键部位的金属性能，如硬度、耐磨性、耐热性、抗腐蚀性等。
当今工业界在激光熔覆应用上的主要送粉技术为旁轴喷粉，但由于旁轴喷粉属于分体式喷头，需要两个喷头同时协作，非常不利于复杂表面的加工，因此同轴化喷粉成为新的发展方向。近年来，在同轴化喷粉的基础上，保护气体也被加入同轴化设计，产生了粉末喷射、保护气体一体化同轴的技术。如附图1显示了一种喷粉、保护气体一体化同轴的喷头。然而在国际上，由于一体化同轴喷头的设计尚未完善，因此该技术还有很长的一段发展期。
如附图1中的一体化同轴喷头，它具有开设在该喷头的中央的激光通道2、开设在激光通道2周围的多个粉末通道3、开设在粉末通道3外围的保护气体通道4，激光通道2、粉末通道3和保护气体通道4均相对独立，互不连通。激光、粉末、保护气体从各自通道喷射出喷头后汇聚在一起并在待熔覆的加工件表面进行熔覆。现有技术中的粉末通道如附图1中所示均为直通道，绕激光通道2的中心轴均匀分布，各通道喷射出的粉末流分别集中在各自的喷射区域，很难形成密度均匀的粉末流场，且各粉末流的汇聚点到喷头底端的距离较远，从而影响熔覆效果，激光熔池的张力、熔融比例、熔覆高度等一系列熔覆结果都难以得到控制。
发明内容
为了解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种用于激光熔覆的及冷却功能一体化的同轴喷头。
为了达到以上目的，本实用新型采用的技术方案是：一种用于激光熔覆的一体化同轴喷头，它具有开设在该喷头中央的上下贯通喷头的中央通道，中央通道的底部呈漏斗形，在中央通道的外壁与喷头的外壁之间开设有粉末总通道，该粉末总通道包括位于喷头下部的贯穿喷头底面的混合通道、多个一端与粉末添加装置相连接另一端与混合通道相连通的呈螺旋形的第一通道，混合通道呈漏斗形，且其垂直于中央通道中心轴的截面为环形。
进一步地，混合通道在中央通道中心轴方向上的高度为5cm～8cm。
优选地，第一通道呈螺旋形。
更优地，第一通道的旋转角位移为170°～280°。
进一步地，混合通道的中心轴与中央通道的中心轴相重合。
更进一步地，多个第一通道绕中央通道的中心轴均匀分布。
进一步地，喷头上开设有与中央通道相连通的保护气体入口，且多个保护气体入口位于保护镜片的下方，激光通过保护镜片进入喷头的中央通道，高压保护气体通过保护气体入口进入中央通道，并在中央通道内形成自上而下的流动风从中央通道喷射出，并与从第一通道喷射出的粉末混合，到达待熔覆的加工件基材表面。
更进一步地，多个保护气体入口绕中央通道的中心轴均匀分布。
更进一步地，保护气体入口与中央通道相连接处在竖直方向上距离喷头底端大于等于5cm。
本实用新型用于激光熔覆的一体化同轴喷头，通过将原有的直线形的粉末通道设计成多个螺旋形通道和漏斗形通道两部分，粉末从各个第一通道喷射出进入混合通道进行混合，再从混合通道底端的环形口喷射出喷头形成粉末流场，粉末流场在绕轴向360°内呈完全对称分布，流场整体均匀性大大提高，且粉末流场更加集中、密度增大，粉末流场的最小汇聚点与喷头底端的距离缩短，从而改善了激光熔池的张力、熔融比例、熔覆高度等一系列熔覆结果。
附图说明
附图1为现有技术中的喷头的剖面结构示意图；
附图2为本实用新型用于激光熔覆的一体化同轴喷头的剖面结构示意图。
图中标号为：
1、喷头；2、激光通道；3、粉末通道；4、保护气体通道；5、保护气体入口；6、激光束；7、加工件基材；8、熔覆层；9、保护镜片；10、第一腔；11、第二腔；12、聚焦镜片；13、激光头；14、第一通道；15、混合通道。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。
从附图2的结构示意图可以看出，本实施例提供了一种用于激光熔覆的一体化同轴喷头，它具有开设在该喷头1中央的上下贯通喷头1的中央通道，中央通道的底部呈漏斗形，在中央通道的外壁与喷头1的外壁之间开设有粉末总通道，该粉末总通道包括位于喷头1下部的贯穿喷头1底面的混合通道15、多个一端与粉末添加装置相连接另一端与混合通道15相连通的第一通道14，混合通道15呈漏斗形，且其垂直于中央通道中心轴的截面为环形。
中央通道包括位于第一腔10和位于第一腔10下方并与第一腔10相连通的第二腔11，中央通道的第一腔10与第二腔11的轴心线相重合，第一腔10的为圆柱形或漏斗形，且第一腔10的底端口径小于等于第二腔11的顶端口径。第二腔11呈漏斗形，一方面防止粉末从第二腔11底端口进入中央通道，另一方面缩小保护气体喷出时的喷射范围。
保护气体入口5的一端与保护气体填充装置相连接，另一端与中央通道相连通。保护气体入口5的数量优选为3或4个，保护气体入口5位于保护镜片9的下方，以防止粉末污染保护镜片9。多个保护气体入口5绕第一腔10的中心轴均匀分布，以使保护气体在中央通道内形成风向稳定的流动风。
保护气体入口5与中央通道相连接处在竖直方向上距离喷头1底端大于等于5cm，以保证保护气体从中央通道喷出前在其内形成风向稳定的流动风，进而确保粉末不被冲进中央通道，同时也可保证保护气体从中央通道喷射出后与粉末充分混合。本实施例中的保护气体入口5与中央通道的第一腔10相连通，如能保证上述的5cm的距离，保护气体入口5也可开设在于第二腔11相连通。
第一通道14优选为3或4条，并绕中央通道的中心轴均匀分布，附图2中只画出一条以示说明。第一通道14呈螺旋形，且旋转角位移为170°～280°,角位移大小取决于第一通道14的粉末入口至喷头低端的垂直长度，角位移过大会造成粉末在通道内流动不畅，甚至造成堵塞，而角位移过小则对现有技术改善效果不明显。第一通道14的粉末入口处的尺寸大于粉末出口处的尺寸，以增加粉末喷射出喷头时的压力。
混合通道15的中心轴与中央通道的中心轴相重合，混合通道15在中央通道中心轴方向上的高度为5cm～8cm，如果该高度过小粉末不能充分混合，如果低于该高度过高一方面会影响混合通道15的倾斜角度，进而影响粉末流场的最小汇聚点与喷头底端的距离，另一方面粉末的消耗量会较大。
激光头13发出激光束6，激光束6经过聚焦镜片12和保护镜片9进入中央通道的第一腔10，高压保护气体从保护气体入口5中央通道，并在中央通道内形成自上而下的流动风从中央通道喷射出，粉末从各个第一通道14喷射出进入混合通道15进行混合，再从混合通道15底端的环形口喷射出喷头形成粉末流场，激光、保护气体、粉末共同到达待熔覆的加工件表面。
通过将原有的直线形的粉末通道3设计成多个螺旋形的第一通道14和漏斗形的混合通道15，粉末流场在绕轴向360°内呈完全对称分布，流场整体均匀性大大提高，且粉末流场更加集中、密度增大，粉末流场的最小汇聚点与喷头底端的距离缩短，从而改善了激光熔池的张力、熔融比例、熔覆高度等一系列熔覆结果。
上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1. 一种用于激光熔覆的一体化同轴喷头，其特征在于：它具有开设在该喷头（1）中央的上下贯通喷头（1）的中央通道，所述的中央通道的底部呈漏斗形，在中央通道的外壁与喷头（1）的外壁之间开设有粉末总通道，该粉末总通道包括位于喷头（1）下部的贯穿喷头（1）底面的混合通道（15）、多个一端与粉末添加装置相连接另一端与所述混合通道（15）相连通的第一通道（14），所述的混合通道（15）呈漏斗形，且其垂直于所述中央通道中心轴的截面为环形。
2. 根据权利要求1所述的用于激光熔覆的一体化同轴喷头，其特征在于：所述的混合通道（15）在所述中央通道中心轴方向上的高度为5cm～8cm。
3. 根据权利要求1所述的用于激光熔覆的一体化同轴喷头，其特征在于：所述的第一通道（14）呈螺旋形。
4. 根据权利要求3所述的用于激光熔覆的一体化同轴喷头，其特征在于：所述的第一通道（14）的旋转角位移为170°～280°。
5. 根据权利要求1所述的用于激光熔覆的一体化同轴喷头，其特征在于：所述的混合通道（15）的中心轴与所述中央通道的中心轴相重合。
6. 根据权利要求1所述的用于激光熔覆的一体化同轴喷头，其特征在于：所述的多个第一通道（14）绕所述中央通道的中心轴均匀分布。
7. 根据权利要求1所述的用于激光熔覆的一体化同轴喷头，其特征在于：所述喷头（1）上开设有与所述中央通道相连通的保护气体入口（5），且所述的多个保护气体入口（5）位于保护镜片（9）的下方。
8. 根据权利要求1所述的用于激光熔覆的一体化同轴喷头，其特征在于：所述的多个保护气体入口（5）绕所述中央通道的中心轴均匀分布。
9. 根据权利要求1所述的用于激光熔覆的一体化同轴喷头，其特征在于：所述的保护气体入口（5）与中央通道相连接处在竖直方向上距离喷头（1）底端大于等于5cm。
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| CN102828177A (zh) * | 2012-08-16 | 2012-12-19 | 张家港市和昊激光科技有限公司 | 用于激光熔覆的一体化同轴喷头 |
| CN109174487A (zh) * | 2018-08-08 | 2019-01-11 | 西安交通大学 | 一种同轴激光复合式水下喷涂装置 |
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