CN209468500U - 一种激光熔覆头 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及激光加工设备领域，具体涉及一种激光熔覆头。所述激光熔覆头包括连接筒、送粉头以及用于调节送粉头的轴向位置的轴向调节组件；所述轴向调节组件包括调节筒和锁紧件；所述调节筒的一端滑动设置在连接筒中，另一端与送粉头同轴连接；所述锁紧件连接所述连接筒和调节筒。先将调节筒滑动设置在连接筒中，并在调节完送粉头与激光焦点之间的距离后，使用锁紧件将连接筒和调节筒连接，限制他们之间的相对位移和转动。通过这种结构将现有的旋转调节方式转变成上下升降调节方式，避免了在调节送粉头的轴向位置时各管路之间相互缠绕以及多次拆装的问题，从而达到了提高生产效率的效果。

Description

一种激光熔覆头

技术领域

本实用新型涉及激光加工设备领域，具体涉及一种激光熔覆头。

背景技术

激光熔覆亦称激光包覆或激光熔敷，是一种新的表面改性技术。它通过在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之与基材表面薄层一起熔凝的方法，在基层表面形成与其为冶金结合的添料熔覆层。

同轴送粉，能够在激光束外围先将粉末分散成环状，然后再汇聚，再将汇聚的粉末送入到聚焦的激光束光斑中，实现二维激光熔覆工艺。其中，激光熔覆的送粉头设计是激光加工设备中的一项关键技术。送粉头作为送粉系统中的一个组成部分，其使粉末准确、均匀的送入激光光斑内，落在基体上得到熔覆层，直接影响成形零件的质量和精度。

目前同轴式送粉头存在如下的问题：1.现有同轴送粉头多为整体结构，调节方式为直接通过螺纹旋转来调节激光束焦点与送粉头的出粉位置之间的距离，因连接有粉、气、水路等多条管路，旋转装卸时易使这些管路相互缠绕，须先拔掉所有管路，安装调节完毕再装回各管路，调节使用时极其不方便；2.在实际情况下，送粉头各零件受螺纹加工精度及装配精度的影响，常常会出现激光束中心轴线与同轴送粉头中心轴线不重合的现象，而不重合时，不仅降低粉末的利用率，激光熔覆时会严重影响激光熔覆表面层平整度，激光快速成形金属零件时，还经常导致零件难以成形，容易烧损激光喷嘴下部端口，导致加工中断；3.水冷结构复杂导致成本高，或根本没有水冷结构容易受辐射热损坏；4.现有同轴送粉喷头多为单一的三路、四路分粉整体结构式、或为内外套环形喷嘴送粉，整体结构式若出现端部堵粉现象或其它原因造成的喷头损坏需要更换整个喷头，设备通用性低，成本较高，而内外套环形喷嘴在作业熔敷时，如需一定的仰角则因重力作用容易出现堵粉或喷粉不均匀现象，导致作业效果不达标。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种激光熔覆头，克服现有的激光熔覆头在旋转调焦时各管路相互缠绕的问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种激光熔覆头，包括连接筒、送粉头以及用于调节送粉头的轴向位置的轴向调节组件；所述轴向调节组件包括调节筒和锁紧件；所述调节筒的一端滑动设置在连接筒中，另一端与送粉头同轴连接；所述锁紧件连接所述连接筒和调节筒。

本实用新型的更进一步优选方案是：所述锁紧件为顶紧螺钉；所述连接筒上开设有第一螺纹孔；所述顶紧螺钉通过所述第一螺纹孔抵顶调节筒。

本实用新型的更进一步优选方案是：所述轴向调节组件还包括调节套和导向销；所述连接筒的表面设有外螺纹和导向孔；所述调节套的内壁设有内螺纹和环形的避让槽，外表面上横向开设有第一安装孔；所述连接筒与调节套螺纹连接；所述导向销穿过第一安装孔、导向孔后与调节筒螺纹连接，并位于避让槽内。

本实用新型的更进一步优选方案是：所述轴向调节组件还包括用于防止调节套松动的锁紧套；所述锁紧套与连接筒螺纹连接，并抵靠所述调节套。

本实用新型的更进一步优选方案是：所述激光熔覆头还包括用于调节送粉头的轴线位置的水平调节组件；所述水平调节组件包括调节座和多个调节螺钉；所述调节筒插设在调节座的一端中；所述调节座上横向开设有多个第二螺纹孔；所述调节螺钉通过所述第二螺纹孔抵顶调节筒；所述调节座的另一端与送粉头同轴连接。

本实用新型的更进一步优选方案是：所述水平调节组件还包括保护镜片、垫圈和压圈；所述调节座内设有台阶，台阶的内壁设有内螺纹；所述保护镜片和垫圈依次设置在台阶上；所述压圈的外表面设有外螺纹，并与台阶螺纹连接，紧压垫圈和保护镜片。

本实用新型的更进一步优选方案是：所述激光熔覆头还包括转接筒；所述转接筒的一端与调节筒同轴连接，另一端与开设有环形凹槽；所述水平调节组件还包括两半月形的压紧块；所述两压紧块相对插设在所述环形凹槽中，并与调节座的上端面固接。

本实用新型的更进一步优选方案是：所述激光熔覆头还包括冷却组件；所述冷却组件包括水冷筒和水冷套；所述水冷筒的一端与调节座同轴连接，另一端与送粉头同轴连接；所述水冷筒的外表面开设有环形的过水槽；所述水冷套套设在水冷筒上，并位于过水槽外周；所述第二安装孔与过水槽连通。

本实用新型的更进一步优选方案是：所述水冷套上开设有用于安装水冷接头的第二安装孔；所述水冷筒上还开设有用于安装气体接头的第三安装孔。

本实用新型的更进一步优选方案是：所述送粉头包括圆锥形的喷嘴内套和喷嘴外套；所述喷嘴内套、喷嘴外套分别与调节筒连接；所述喷嘴内套中开设有多个第一载粉通道；所述喷嘴外套上开设有用于安装供粉接头的第四安装孔，并且喷嘴外套的内壁与喷嘴内套的外表面围成第二载粉通道；所述第四安装孔与第一载粉通道、第二载粉通道连通。

本实用新型的有益效果在于，先将调节筒滑动设置在连接筒中，并在滑动调节完送粉头与激光焦点之间的距离后，使用锁紧件将连接筒和调节筒连接，限制他们之间的相对位移和转动。通过这种结构将现有的旋转调节方式转变成上下升降调节方式，避免了在调节送粉头的轴向位置时各管路之间相互缠绕以及多次拆装的问题，从而达到了提高生产效率的效果。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型实施例的激光熔覆头的主视图；

图2是图1中A-A位置的剖视图；

图3是本实用新型实施例的激光熔覆头的分解状态示意图；

图4是本实用新型实施例的轴向调节组件的主视图；

图5是图4中B-B位置的剖视图；

图6是本实用新型实施例的水平调节组件的主视图；

图7是图6中C-C位置的剖视图；

图8是本实用新型实施例的水平调节组件的俯视图；

图9是本实用新型实施例的送粉头的主视图；

图10是图9中D-D位置的剖视图。

具体实施方式

现结合附图，对本实用新型的较佳实施例作详细说明。

如图1、图2所示，本实施例的激光熔覆头包括连接筒1、送粉头2以及用于调节送粉头2的轴向位置的轴向调节组件3。所述轴向调节组件3包括调节筒31和锁紧件。连接筒1的上端与聚焦镜镜座组件(图未示)连接。调节筒31一端的外径与连接筒1下端的内径配合，滑动设置在连接筒1的下端中，另一端与送粉头3同轴连接。锁紧件将连接筒1和调节筒31连接，限制他们之间的相对移动和转动。通过沿轴向上下移动来调节调节筒31及其连接的送粉头2，以实现将送粉头2的出粉位置调节到激光束100的焦点光斑位置中，再通过锁紧件将连接筒1和调节筒31的相对位置固定，十分简单方便，无须拔插保护气管、冷却水管及载粉气管(图未示)，各管路也不会互相螺旋缠绕，进而减少作业耗时，提高了工作效率。

如图3所示，优选地，锁紧件为顶紧螺钉32。连接筒1上等角度开设有四个第一螺纹孔，上述顶紧螺钉32安装在第一螺纹孔内并抵顶调节筒31。

一同参考图4、图5，为更好、更精确地将送粉头2的出粉位置调节到激光束100的焦点光斑的位置，所述轴向调节组件3还包括调节套33、导向销34和锁紧套35。连接筒1中上部的外表面设有外螺纹，中下部开设有长条形的导向孔。调节套33的内壁设有内螺纹和一个环形的避让槽，下部的外表面上横向开设有第一安装孔。连接筒1与调节套33螺纹连接。安装导向销34时，将导向销34依序穿过第一安装孔、导向孔后与调节筒31螺纹连接，并位于避让槽内。在沿轴线方向调节送粉头2的上下位置时，转动调节套33，调节套33沿轴向作升降运动。在调节套33转动的过程中，避让槽也在同步旋转和升降，同时带动导向销34、调节筒31及其下方的全部部件一同升降。但由于导向销34仅仅是位于避让槽内，而没有与避让槽作刚性连接，因此调节筒31及其下方的全部部件不会发生明显转动动作。并且，由于连接筒1上开设有长条形的导向孔，该导向孔限制了导向销24的转动，导向销24只能沿着导向孔的开设方向作上下移动，所以调节筒31及其下方的全部部件不会产生转动动作。更佳地，通过设计不同的螺距，即可从不同的分度精细地调节送粉头2的位置，提高了调节的精度。当调节送粉头2的出粉位置至激光束100的焦点位置附近后，拧紧顶紧螺钉32，防止调节筒31滑动跑位，再拧紧锁紧套35，防止调节套33在作业时发生松动。

继续参考图2、图3，鉴于实际生产中存在较大的焦距，激光束100的焦点位置距离送粉头2较远。因此，激光熔覆头还包括转接筒5。所述转接筒5的一端与调节筒31的下端螺纹连接，另一端与开设有环形凹槽，形成一个凸台。

一同参考图6至8，为了使激光束100的中心轴线与送粉头2的中心轴线重合，激光熔覆头还包括水平调节组件4。所述水平调节组件4包括调节座41、四个调节螺钉42和两个压紧块46。所述调节座41的外周开设有四个第二螺纹孔，下端有外螺纹，内孔有台阶和内螺纹。上述转接筒5插设在调节座41的内孔里，两个半月形的压紧块46相对插设在其环形凹槽中，并与调节座41的上端面固接，实现固定。而四个调节螺钉42则安装在第二螺纹孔内并抵顶内孔中的转接筒5下端的凸台。通过拧进某一方向的调节螺钉42，送粉头2则会往该方向移动。通过采用这种水平方向的调节结构，快速地将送粉头2的中心轴线调节到与调节激光束100的中心轴线重合，使激光束100从通孔中射出，避免了送粉头2的下部端口结构被激光束100烧损。

进一步地，所述水平调节组件4还包括保护镜片43、垫圈44和压圈45。所述保护镜片43和垫圈44依次设置在台阶上；所述压圈45的外表面设有外螺纹，并与台阶上的内螺纹连接，将垫圈44和保护镜片43压紧，这样可以防止粉尘等异物进入到激光通道内。

如图9、图10所示，激光熔覆头还包括冷却组件6。冷却组件6包括水冷筒61和水冷套62。优选地，为使密封性更好，还包括密封圈63。水冷筒61的上端设有内螺纹，并与调节座41下端的外螺纹连接；下端设有分别与送粉头2的喷嘴内套21和喷嘴外套22相连接的外螺纹；外圆中端开设有环形的过水槽以及位于过水槽上下两侧的密封槽。所述密封圈63安装再密封槽内。所述水冷套62的外圆上部设有与水冷筒61连接的固定孔，中部开设有用于安装水冷接头64的第二安装孔，第二安装孔处均铣有扁位便于密封。整个水冷套62套设在水冷筒61上并位于过水槽和密封圈63的外周，其内壁与密封圈、过水槽围成水冷却腔。水冷接头64通过第二安装孔与过水槽连通。通过采用环形通道冷却结构对送粉头2进行冷却，减少了加工过程中因热辐射而对送粉头2造成的影响。

进一步地，上述水冷筒61上还开设有用于安装气体接头65的第三安装孔。所述第三安装孔与激光束100的通道连接，通过接通气体进行保护，减少作业时粉尘及飞溅物对激光束的影响。

继续参考图10，所述送粉头2包括圆锥形的喷嘴内套21和喷嘴外套22。喷嘴内套21的内孔上部设有内螺纹，其内螺纹与水冷筒61下部的外螺纹连接。喷嘴外套22的内孔上部也设有内螺纹，其内螺纹与水冷筒21下部的另一外螺纹连接。这样，即使出现堵粉现象或其他原因需要维修时，通过分别拆下喷嘴内套21和喷嘴外套22即可，而不像传统的单一整体结构难以维修。优选地，喷嘴内套21的锥度和喷嘴外套22的锥度角度在35度～50度之间。

所述喷嘴内套21中开设有多个第一载粉通道23；所述喷嘴外套22上开设有用于安装供粉接头25的第四安装孔，并且喷嘴外套22的内壁与喷嘴内套21的外表面围成第二载粉通道24；所述第四安装孔与第一载粉通道23、第二载粉通道24连通。采用喷嘴内套21、喷嘴外套22锥面结合、均布空槽的载粉通道结构，可有效提高粉末利用率及流通性，均匀分配载粉流体，显著提高熔敷作业质量。

本实用新型实施例的激光熔覆头的具体工作方式为：

喷嘴内套21、喷嘴外套22通过相互间的配合，形成载粉流体均匀分布腔。其中，喷嘴内套21的外表面与喷嘴外套22的内壁面围成的第二载粉通道24呈倒锥形结构，喷嘴内套21上部圆柱台阶上端面均布的第一载粉通道23与锥面上的第二载粉通道24相通。熔覆材料从供粉接头25进入，经过第一载粉通道23后进入第二载粉通道24后送到基材表面。

激光束100从轴向调节组件3的内孔中央通过，穿过水平调节组件4、水冷组件6后，聚焦的焦点位于同轴式送粉头2的喷嘴内套21下方的一定距离位置。若需要调节第二载粉通道24的出粉位置，通过旋转调节套33，调节套33中的避让槽带动固定在调节筒31上的导向销34沿连接筒1外圆上的导向孔方向(即轴向)移动，调节第二载粉通道24的出粉位置直到与焦点的位置几乎要重合。若需要进行轴线重合，通过松开压紧块46上的螺钉，在水平方向拧动各调节螺钉42进行轴线重合，直到出现一个完整的焦点光斑。重合完后，再次拧紧压紧块46上的螺钉，将转接筒5与水平调节组件4定位。水冷套62上部有第三安装孔，激光束100经过气体接头65的位置时，进入气体保护区域，随后经过由水冷套62、水冷筒61、密封圈63形成冷却循环水腔进行降温。冷却水腔为环形结构，进、出口对称分布，可间接冷却喷嘴内套21及喷嘴外套22。最后，激光束100从喷嘴内套21中射出。激光束100的焦点将熔覆材料与基材表面薄层一起熔凝。

应当理解的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，对本领域技术人员来说，可以对上述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而所有这些修改和替换，都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种激光熔覆头，其特征在于：包括连接筒(1)、送粉头(2)以及用于调节送粉头(2)的轴向位置的轴向调节组件(3)；所述轴向调节组件(3)包括调节筒(31)和锁紧件；所述调节筒(31)的一端滑动设置在连接筒(1)中，另一端与送粉头(2)同轴连接；所述锁紧件连接所述连接筒(1)和调节筒(31)。

2.根据权利要求1所述的激光熔覆头，其特征在于：所述锁紧件为顶紧螺钉(32)；所述连接筒(1)上开设有第一螺纹孔；所述顶紧螺钉(32)通过所述第一螺纹孔抵顶调节筒(31)。

3.根据权利要求2所述的激光熔覆头，其特征在于：所述轴向调节组件(3)还包括调节套(33)和导向销(34)；所述连接筒(1)的表面设有外螺纹和导向孔；所述调节套(33)的内壁设有内螺纹和环形的避让槽，外表面上横向开设有第一安装孔；所述连接筒(1)与调节套(33)螺纹连接；所述导向销(34)穿过第一安装孔、导向孔后与调节筒(31)螺纹连接，并位于避让槽内。

4.根据权利要求3所述的激光熔覆头，其特征在于：所述轴向调节组件(3)还包括用于防止调节套(33)松动的锁紧套(35)；所述锁紧套(35)与连接筒(1)螺纹连接，并抵靠所述调节套(33)。

5.根据权利要求4所述的激光熔覆头，其特征在于：所述激光熔覆头还包括用于调节送粉头(2)的轴线位置的水平调节组件(4)；所述水平调节组件(4)包括调节座(41)和多个调节螺钉(42)；所述调节筒(31)插设在调节座(41)的一端中；所述调节座(41)上横向开设有多个第二螺纹孔；所述调节螺钉(42)通过所述第二螺纹孔抵顶调节筒(31)；所述调节座(41)的另一端与送粉头(2)同轴连接。

6.根据权利要求5所述的激光熔覆头，其特征在于：所述水平调节组件(4)还包括保护镜片(43)、垫圈(44)和压圈(45)；所述调节座(41)内设有台阶，台阶的内壁设有内螺纹；所述保护镜片(43)和垫圈(44)依次设置在台阶上；所述压圈(45)的外表面设有外螺纹，并与台阶螺纹连接，紧压垫圈(44)和保护镜片(43)。

7.根据权利要求6所述的激光熔覆头，其特征在于：所述激光熔覆头还包括转接筒(5)；所述转接筒(5)的一端与调节筒(31)同轴连接，另一端与开设有环形凹槽；所述水平调节组件(4)还包括两半月形的压紧块(46)；所述两压紧块(46)相对插设在所述环形凹槽中，并与调节座(41)的上端面固接。

8.根据权利要求7所述的激光熔覆头，其特征在于：所述激光熔覆头还包括冷却组件(6)；所述冷却组件(6)包括水冷筒(61)和水冷套(62)；所述水冷筒(61)的一端与调节座(41)同轴连接，另一端与送粉头(2)同轴连接；所述水冷筒(61)的外表面开设有环形的过水槽；所述水冷套(62)套设在水冷筒(61)上，并位于过水槽外周。

9.根据权利要求8所述的激光熔覆头，其特征在于：所述水冷套(62)上开设有用于安装水冷接头(64)的第二安装孔，所述第二安装孔与过水槽连通；

所述水冷筒(61)上还开设有用于安装气体接头(65)的第三安装孔。

10.根据权利要求1至9任一项所述的激光熔覆头，其特征在于：所述送粉头(2)包括圆锥形的喷嘴内套(21)和喷嘴外套(22)；所述喷嘴内套(21)、喷嘴外套(22)分别与调节筒(31)连接；所述喷嘴内套(21)中开设有多个第一载粉通道(23)；所述喷嘴外套(22)上开设有用于安装供粉接头(25)的第四安装孔，并且喷嘴外套(22)的内壁与喷嘴内套(21)的外表面围成第二载粉通道(24)；所述第四安装孔与第一载粉通道(23)、第二载粉通道(24)连通。