CN214142541U - 一种带有内导粉环结构的激光熔覆用喷嘴 - Google Patents

Abstract

一种带有内导粉环结构的激光熔覆用喷嘴，属于激光熔覆技术领域。所述带有内导粉环结构的激光熔覆用喷嘴包括同轴的基体套、导气环、内嘴芯、粉腔套和冷却套，基体套套设在导气环的外部，基体套和导气环之间形成送粉腔，送粉腔的中部设置内导粉环，内导粉环将送粉腔分成上部粉腔和下部粉腔，导气环开设有倾斜的环形孔，环形孔位于下部粉腔的下方，粉腔套套设在内嘴芯的外部，粉腔套与内嘴芯之间存在间隙，间隙与导气环的环形孔连通形成导气通道，冷却套套设在粉腔套的外部，所述冷却套和粉腔套之间形成冷却腔。所述带有内导粉环结构的激光熔覆用喷嘴结构简单、能够得到利用率高、浓度均匀的粉末，具有良好的冷却性能。

Description

一种带有内导粉环结构的激光熔覆用喷嘴

技术领域

本实用新型涉及激光熔覆技术领域，特别涉及一种带有内导粉环结构的激光熔覆用喷嘴。

背景技术

激光熔覆通过激光辐照在基体上形成熔池的同时在激光焦点上汇聚粉末，使金属粉末变为熔融状态，从而使金属粉末良好的与基体材料呈冶金结合状态，在需要进行表面改性或修复的区域逐层堆积，修复有缺陷的重要零件使其恢复为受损前的状态和性能或对零件表面进行改性得到更好的机械性能及物理化学性能。所以，激光熔覆技术在关键零件修复、复杂结构件制造、模具制造和表面改性的领域有着广泛的应用，其市场前景十分辽阔。而激光熔覆质量的好坏在很大程度取决于激光熔覆同轴送粉喷嘴的结构，喷嘴的几何形状在激光熔覆过程中非常重要，不仅要保证激光熔覆的效率还要保证熔覆层的质量。

合理的激光熔覆同轴送粉喷嘴几何结构可以使粉末均匀、稳定、可控地被输送到激光作用区域，以便于保证熔池及其热影响区的组织和性能，提高激光熔覆质量。但是现有的喷嘴的送粉结果存在粉末利用率低、喷嘴容易造成堵塞、散热系统效果差、粉末汇聚直径较大的问题。

实用新型内容

为了解决现有技术存在的技术问题，本实用新型提供了一种带有内导粉环结构的激光熔覆用喷嘴，其结构简单，通过外保护气通道和送粉通道汇合使粉末颗粒顺畅流入送粉腔，再通过内导粉环得到利用率高、浓度均匀的粉末，并具有良好的冷却性能。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种带有内导粉环结构的激光熔覆用喷嘴，包括同轴设置的基体套、导气环、内嘴芯、粉腔套和冷却套；

所述基体套套设在导气环的外部，所述基体套和导气环之间形成送粉腔，所述送粉腔的中部设置有内导粉环，所述内导粉环将送粉腔分成上部粉腔和下部粉腔；所述基体套沿周向均匀设置若干个内保护气通道、若干个外保护气通道和若干个送粉通道，所述内保护气通道位于导气环的上方，所述外保护气通道和送粉通道在基体套内汇合后与上部粉腔连通；

所述导气环开设有倾斜的环形孔，所述环形孔位于下部粉腔的下方；

所述内嘴芯的上部与导气环内部可拆卸连接，所述内嘴芯的下部为圆锥结构；

所述粉腔套套设在内嘴芯的外部，所述粉腔套的上部与基体套的下部可拆卸连接，所述粉腔套为圆锥结构，所述粉腔套的内壁与内嘴芯下部的外壁之间存在间隙，所述间隙与导气环的环形孔连通形成导气通道；

所述冷却套套设在粉腔套的外部，所述冷却套和粉腔套之间形成冷却腔，所述冷却套设置有与冷却腔连通的冷却入口和冷却出口。

优选的，所述内保护气通道和外保护气通道均水平设置，所述送粉通道从外到内倾斜向下设置。

进一步的，所述内导粉环沿周向均匀设置有若干个分粉孔通道，所述分粉孔通道连通上部粉腔和下部粉腔。

优选的，所述分粉孔通道的上端设置边倒圆，使粉末能够更加顺利地从上部粉腔流入下部粉腔内，实现粉末输送的顺利进行。

优选的，所述下部粉腔与导气通道的连接处设置倾斜面，便于下部粉腔的粉末颗粒更顺畅的流入导气通道。

优选的，所述冷却套的上部与粉腔套的上部外侧可拆卸连接，冷却套的下部为圆锥结构。

进一步的，所述冷却腔分为上层冷却腔和下层冷却腔，所述上层冷却腔和下层冷却腔之间通过冷却通道连通，所述下层冷却腔与冷却入口连通，所述上层冷却腔与冷却出口连通。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

1)本实用新型为同时具有外保护气和内导粉环结构的激光熔覆用同轴送粉喷嘴，结构简单，粉末利用率高、粉末汇聚直径小；

2)本实用新型针对导粉管上部平台普遍存在的粉末堵塞和输送粉末不稳定的现象，在各个分粉孔通道上方都采用了边倒圆，使得粉末能够更加顺利地流入下部粉腔内，实现粉末输送过程的顺利进行，同时，在下部粉腔与导气通道的连接处设置倾斜面，便于粉末颗粒更顺畅的流入导气通道；

3)本实用新型针对由于粉腔间隙小而引起的喷嘴粉腔易堵的问题，通过外保护气通道通保护气、内导粉环分流以及圆锥结构的导气通道得到利用率高、浓度均匀的粉末，不会堵塞喷嘴；

4)本实用新型针对粉末从粉腔喷嘴喷出时汇聚性较差的问题，通过外保护气通道以及内嘴芯和粉腔套之间的导气通道呈现向下锥角型，有利于提高粉末的挺度，同时解决粉腔内部的堵塞问题，并且在实际使用时，通过调节外保护气流量、粉末输送量等参数对从喷嘴出粉口喷出的粉末进行整流，使得粉末的汇聚直径变得更小；

5)本实用新型针对喷嘴散热性差、冷却不及时的问题，在激光通道下部采用了冷却腔，通过冷却腔结构使得喷嘴的热量能够更快地、更高效率地被带走，为喷嘴提供良好的冷却性能，能够高效地对喷嘴高温部位进行冷却，保护喷嘴。

本实用新型的其他特征和优点将在下面的具体实施方式中部分予以详细说明。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种内导粉环结构的激光熔覆用喷嘴的平面剖视图；

图2是本实用新型实施例提供的基体套的立体剖视图。

说明书附图中的附图标记包括：

1-基体套，2-导气环，3-内嘴芯，4-粉腔套，5-冷却套，6-冷却入口，7-冷却出口，8-导气通道，9-分粉孔通道，10-内保护气通道，11-送粉通道，12-外保护气通道，13-内导粉环，14- 上部粉腔，15-下部粉腔，16-上层冷却腔，17-下层冷却腔，18-激光通道。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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的具体含义。

为了解决现有技术存在的问题，如图1至图2所示，本实用新型提供了一种带有内导粉环13结构的激光熔覆用喷嘴，包括同轴设置的基体套1、导气环2、内嘴芯3、粉腔套4和冷却套5；

基体套1套设在导气环2的外部，基体套1和导气环2之间形成送粉腔，送粉腔的中部设置有内导粉环13，内导粉环13将送粉腔分成上部粉腔14和下部粉腔15，内导粉环13沿周向均匀设置有若干个分粉孔通道9，分粉孔通道9连通上部粉腔14和下部粉腔15；基体套1沿周向均匀设置若干个内保护气通道10、若干个外保护气通道12和若干个送粉通道11，内保护气通道10位于导气环2的上方，外保护气通道12和送粉通道11在基体套1内汇合后与上部粉腔14连通；

导气环2开设有倾斜的环形孔，环形孔位于下部粉腔15的下方；

内嘴芯3的上部与导气环2内部可拆卸连接，内嘴芯的下部为圆锥结构；

粉腔套4套设在内嘴芯3的外部，粉腔套4的上部与基体套1的下部可拆卸连接，粉腔套4为圆锥结构，粉腔套4的内壁与内嘴芯3下部的外壁之间存在间隙，间隙与导气环2的环形孔连通形成导气通道8；

冷却套5套设在粉腔套4的外部，冷却套5和粉腔套4之间形成冷却腔，冷却套5设置有与冷却腔连通的冷却入口6和冷却出口7。

作为优选，内保护气通道10和外保护气通道12均水平设置，送粉通道11从外到内倾斜向下设置。

本实用新型中，带有内导粉环13结构的激光熔覆用喷嘴的中部设置有贯穿喷嘴的上圆柱、下圆锥形的激光通道18，具体的，基体套1采用开设阶梯孔的方式形成内部空腔，空腔之中与导气环2和内嘴芯3装配，构成完整的激光通道18，若干个内保护气通道10、若干个外保护气通道12和若干个送粉通道11均分别沿基体套1的周向均匀设置，内保护气通道10与激光通道18的顶部连通，内保护气通道10用于保护激光聚焦镜片免受较小的金属粉尘颗粒飞溅污染和防止熔覆层氧化，外保护气通道12和送粉通道11数量相等且位置对应，对应位置的外保护气通道12和送粉通道11汇合后与上部粉腔14连通。实际使用时，基体套1的外部周向均匀分布有送粉入口，送粉入口与送粉通道11相连，粉末通过送粉入口和送粉通道11进入上部粉腔14，并通过内导粉环13的分粉孔通道9进入下部粉腔15，粉末通过内导粉环13的分粉孔通道9分配整流后，能以均匀稳定的浓度流入下部粉腔15，导气通道8接收由下部粉腔15送来的粉末，导气通道8的下端为喷嘴的出粉口，在外保护气通道12中保护气的作用下使得送粉方向向激光通道18靠近。粉腔套4整体结构采用圆锥形结构，粉腔套4 的上部分别与基体套1和导气环2的底部接触，导气环2的顶部与基体套1的内壁之间间隙配合，并且之间设置有密封圈。

作为优选，分粉孔通道9的上端设置边倒圆，使粉末能够更加顺利地从上部粉腔14流入下部粉腔15内，实现粉末输送的顺利进行。

作为优选，下部粉腔15与导气通道8的连接处设置倾斜面，便于下部粉腔15的粉末颗粒更顺畅的流入导气通道8。

作为优选，冷却套5的上部与粉腔套4的上部外侧可拆卸连接，冷却套5的下部为圆锥结构，冷却套5下部与粉腔套4之间进行密封。

冷却腔分为上层冷却腔16和下层冷却腔17，上层冷却腔16和下层冷却腔17之间通过冷却通道连通，下层冷却腔17与冷却入口6连通，上层冷却腔16与冷却出口7连通。本实施例中，冷却套5位于整个喷嘴的最下部外侧，冷却套5和粉腔套4之间形成冷却腔，冷水通过底部的冷却入口6进入下层冷却腔17中，下层冷却腔17中喷嘴积累的热量更多，经过下层冷却腔17冷却水的冷却，喷嘴温度降低，水温升高，吸收热量的水从冷却通道进入到上层冷却腔16中，由上层冷却腔16的冷却出口7排出，形成一个水冷的循环，不断带走热量，冷却喷嘴。

本实用新型一种内导粉环13结构的激光熔覆用喷嘴的工作原理：

在激光熔覆系统送粉过程中，原本静置在送粉盘内的粉末在载气的作用下被带离送粉盘通过送粉入口和送粉通道11的输送进入喷嘴内部，本实施例中，设置四个送粉通道11，四个送粉通道11输入的粉末颗粒被外保护气通道12内保护气送入上部粉腔14，再经内导粉环 13的分粉孔通道9的作用后，沿导气通道8的出口均匀的汇聚至粉末汇聚区域，在此过程中，粉末颗粒在不断与分粉孔通道9壁面的碰撞及相互碰撞下，运动方向不断发生改变，最终形成了运动方向较为一致的粉末流束；

在激光熔覆系统工作时，一部分保护气体从内保护气通道10输入喷嘴内部，对激光准直装置的激光聚焦镜片和喷嘴内部的粉末形成气体保护，防止激光镜片被粉末沾染并隔离粉末以免粉末在喷嘴内部就受到高温环境影响；同时，另一部分保护气体从外保护气通道12进入上部粉腔14，整流喷出的粉末，使其能有更好的汇聚性，让导气通道8的出粉口的粉末均匀的分布在激光焦距点，不会因热辐射而过早熔化喷溅堵塞喷嘴；

在激光熔覆系统工作时，激光所产生的热量通过冷却套5和粉腔套4之间的冷却腔进行散热，能在单位时间内带走更多的热量，在喷嘴在高温环境中工作起保护作用。

本实用新型的喷嘴在使用时连接在激光器上，喷嘴内部的激光通道18用于激光和内保护气通过。

本实用新型的可拆卸连接可采用现有技术的连接方式，比如螺纹连接。

本实用新型中的各个部件均可采用3D打印制造技术加工。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种带有内导粉环结构的激光熔覆用喷嘴，其特征在于，包括同轴设置的基体套、导气环、内嘴芯、粉腔套和冷却套；

所述基体套套设在导气环的外部，所述基体套和导气环之间形成送粉腔，所述送粉腔的中部设置有内导粉环，所述内导粉环将送粉腔分成上部粉腔和下部粉腔；所述基体套沿周向均匀设置若干个内保护气通道、若干个外保护气通道和若干个送粉通道，所述内保护气通道位于导气环的上方，所述外保护气通道和送粉通道在基体套内汇合后与上部粉腔连通；

所述导气环开设有倾斜的环形孔，所述环形孔位于下部粉腔的下方；

所述内嘴芯的上部与导气环内部可拆卸连接，所述内嘴芯的下部为圆锥结构；

所述粉腔套套设在内嘴芯的外部，所述粉腔套的上部与基体套的下部可拆卸连接，所述粉腔套为圆锥结构，所述粉腔套的内壁与内嘴芯下部的外壁之间存在间隙，所述间隙与导气环的环形孔连通形成导气通道；

所述冷却套套设在粉腔套的外部，所述冷却套和粉腔套之间形成冷却腔，所述冷却套设置有与冷却腔连通的冷却入口和冷却出口。

2.根据权利要求1所述的带有内导粉环结构的激光熔覆用喷嘴，其特征在于，所述内保护气通道和外保护气通道均水平设置，所述送粉通道从外到内倾斜向下设置。

3.根据权利要求1所述的带有内导粉环结构的激光熔覆用喷嘴，其特征在于，所述内导粉环沿周向均匀设置有若干个分粉孔通道，所述分粉孔通道连通上部粉腔和下部粉腔。

4.根据权利要求3所述的带有内导粉环结构的激光熔覆用喷嘴，其特征在于，所述分粉孔通道的上端设置边倒圆。

5.根据权利要求1所述的带有内导粉环结构的激光熔覆用喷嘴，其特征在于，所述下部粉腔与导气通道的连接处设置倾斜面。

6.根据权利要求1所述的带有内导粉环结构的激光熔覆用喷嘴，其特征在于，所述冷却套的上部与粉腔套的上部外侧可拆卸连接，冷却套的下部为圆锥结构。

7.根据权利要求1所述的带有内导粉环结构的激光熔覆用喷嘴，其特征在于，所述冷却腔分为上层冷却腔和下层冷却腔，所述上层冷却腔和下层冷却腔之间通过冷却通道连通，所述下层冷却腔与冷却入口连通，所述上层冷却腔与冷却出口连通。

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