CN215668210U - 一种激光熔覆喷嘴及激光熔覆设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种激光熔覆喷嘴及激光熔覆设备，涉及激光熔覆技术领域，用于在有效降低激光熔覆喷嘴工作温度的情况下，节约喷嘴及激光熔覆的使用成本。激光熔覆喷嘴包括外筒体、端盖和内筒体。外筒体具有贯通的第一腔体，外筒体上开设有至少两个送粉孔和至少两个通水孔。端盖密封的套设在外筒体靠近激光熔覆喷嘴出口的一端，端盖与外筒体之间具有容置腔，通水孔与容置腔连通。内筒体具有相对的第一端和第二端，内筒体自第一端向第二端贯通，第一端容置在第一腔体内。第一端与外筒体之间具有通粉腔，通粉腔与送粉孔连通。本实用新型还提供了一种激光熔覆设备包括送粉器、激光熔覆喷嘴和上述技术方案所述的激光熔覆喷嘴。

Description

一种激光熔覆喷嘴及激光熔覆设备

技术领域

本实用新型涉及激光熔覆技术领域，尤其涉及一种激光熔覆喷嘴及激光熔覆设备。

背景技术

激光熔覆是一种新的表面改性技术，它通过激光熔覆喷嘴在基材表面添加熔覆材料(一般为粉末)，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，在基材表面形成冶金结合的添料熔覆层，该图层能够显著改善基材表面耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性等。

在激光熔覆工艺中，粉末由送粉器输送，通过输送管道输送至分粉器，分粉器将接收到的粉末分成多路，并由多路输送管道输送至激光熔覆喷嘴。

传统的激光熔覆喷嘴多为整体式结构，且冷却水路往往设置在远离激光熔覆喷嘴出口的一端。而在激光熔覆过程中，粉末温度过高时，喷嘴内壁易出现粘粉现象，使得流动的粉末滞留堵住喷嘴口，此种情况下，需要清洁甚至更换喷嘴。整体式结构的喷嘴不易拆卸，增加清洁难度，更换喷嘴将会导致喷嘴的使用成本大大增加，进而导致激光熔覆的成本增加。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种激光熔覆喷嘴及激光熔覆设备，用于在有效降低激光熔覆喷嘴工作温度的情况下，节约喷嘴及激光熔覆的使用成本。

为了实现上述目的，第一方面，本实用新型提供一种激光熔覆喷嘴，该激光熔覆喷嘴包括：外筒体、端盖和内筒体。外筒体具有贯通的第一腔体，外筒体上开设有至少两个送粉孔和至少两个通水孔。端盖密封的套设在外筒体靠近激光熔覆喷嘴出口的一端，端盖内壁与外筒体外壁之间具有容置腔，通水孔与容置腔连通。内筒体具有相对的第一端和第二端，内筒体自第一端向第二端贯通，第一端容置在第一腔体内。第一端外壁与外筒体之间具有通粉腔，通粉腔与送粉孔连通。

与现有技术相比，本实用新型提供的激光熔覆喷嘴包括外筒体、端盖和内筒体，外筒体具有贯通的第一腔体，内筒体具有相对的第一端和第二端，第一端容置在第一腔体内。在实际使用过程中，当通粉腔内出现粉末粘附甚至堵塞问题时，只需将内筒体从外筒体内取出，之后，直接清理粘附在内筒体外壁与外筒体内壁上的粉末即可，便于工作人员快速的清理喷嘴。不仅如此，可对某一零部件进行更换，避免整体更换喷嘴，进而可以降低喷嘴的使用成本以及激光熔覆成本。外筒体上开设有至少两个通水孔，用于冷却水流进喷嘴内部和从喷嘴内部流出，便于对喷嘴进行降温。端盖套设在外筒体靠近激光熔覆喷嘴出口的一端，端盖内壁与外筒体外壁之间具有容置腔，通水孔与容置腔连通，使冷却水流经外筒体靠近喷嘴出口的一端，便于对喷嘴出口处进行降温，使得喷嘴出口处温度保持在一定数值范围以内，防止粉末因温度过高聚集在喷嘴出口处，不仅降低粉末利用率，而且影响粉末的汇聚性，进一步影响激光熔覆质量。

第二方面，本实用新型还提供了一种激光熔覆设备，包括送粉器、分粉器和上述技术方案所述的激光熔覆喷嘴。分粉器与送粉器连通用于接收送粉器提供的粉末，并分流粉末。分粉器通过气管与激光熔覆喷嘴的送粉孔连通。

与现有技术相比，本实用新型提供的激光熔覆设备的有益效果与上述技术方案所描述的激光熔覆喷嘴的有益效果相同，此处不做赘述。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例中激光熔覆喷嘴的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中激光熔覆喷嘴的剖视示意图。

附图标记：

1—内筒体， 2—限位环， 3—定位销；

4—外筒体， 5—送粉孔， 6—通水孔；

7—端盖， 81—第一密封圈； 82—第二密封圈；

9—容置腔。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

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。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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或两个元件的相互作用关系。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实用新型中的具体含义。

增材制造是一种以数字模型文件为基础，运用各种材料逐层打印构件的技术。它常被应用于模具制造、工业设计等领域，增材制造包括激光熔覆技术。激光熔覆技术是一种新的表面改性技术，它通过激光熔覆喷嘴在基材表面添加熔覆材料(一般为粉末)，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，在基材表面形成冶金结合的添料熔覆层。

在激光熔覆过程中，需要利用喷嘴喷射并在基材表面集聚粉末。高能密度的激光穿过喷嘴辐照在基材表面，使得基材表面形成熔池。与此同时，粉末通过喷嘴输送至熔池中，粉末与基材表面快速凝固形成激光熔覆层。由于熔池的温度较高，长时间工作后，熔池的热能辐照在喷嘴上，使得喷嘴的温度升高，导致喷嘴内壁易出现粘粉现象，使得流动的粉末滞留堵住喷嘴口，导致粉末汇聚性差，出现粉末利用率下降的现象，进一步影响激光熔覆的质量，此种情况下需要清洁甚至更换喷嘴。整体式结构的喷嘴不易拆卸，增加清洁难度，更换喷嘴将会导致喷嘴的使用成本大大增加，进而导致激光熔覆的成本增加。

为了解决上述技术问题，第一方面，本实用新型实施例提供了一种激光熔覆喷嘴。如图1和图2所示，该激光熔覆喷嘴包括外筒体4、端盖7和内筒体1，外筒体4具有贯通的第一腔体，外筒体4上开设有至少两个送粉孔5和至少两个通水孔6。端盖7密封的套设在外筒体4靠近激光熔覆喷嘴出口的一端，端盖7内壁与外筒体4外壁之间具有容置腔9，通水孔6与容置腔9连通。内筒体1具有相对的第一端和第二端，内筒体1自第一端向第二端贯通，第一端容置在第一腔体内，内筒体1所具有的靠近第一端的外壁与外筒体4之间具有通粉腔，通粉腔与送粉孔5连通。

参见图1和图2，上述外筒体4、端盖7、内筒体1的形状、结构等可以根据实际情况进行设置，在此不做具体限定。上述外筒体4、端盖7、内筒体1的材质可以根据实际情况进行设置，优选耐高温材质。上述容置腔9、第一腔体和通粉腔的大小也根据实际情况进行设置。送粉孔5和通水孔6的大小及数量也根据实际情况进行设置，此处不做具体限定。

具体实施时，激光自内筒体1的第二端穿射至第一端后，辐照在基材表面，使得基材表面形成熔池。粉末由输送管道和接头传输，经过送粉孔5输送至内筒体1外壁与外筒体4之间的通粉腔内，粉末在气流的带动下经过通粉腔传输至基材表面。由于熔池的温度较高，熔池的热能辐照在喷嘴上，长时间工作后，外筒体4、端盖7、内筒体1的温度易升高，从而导致经过内筒体1外壁与外筒体4内壁之间的粉末的温度升高。高温致使粉末融化，导致粉末粘附在内筒体1外壁与外筒体4内壁之间，使得粉末滞留堵住喷嘴，不仅使得粉末的利用率降低，而且影响粉末的汇聚性，进一步影响激光熔覆质量和效率。鉴于此，需要对喷嘴进行边使用边降温处理，循环冷却水可以实现对喷嘴进行有效的降温。外筒体4上开设有至少两个通水孔6，用于冷却水流进喷嘴内部和从喷嘴内部流出，实现对喷嘴进行降温。通水孔6与容置腔9连通，通水孔6包括至少一个进水孔和至少一个出水孔，冷却水经过进水孔流进容置腔9内，之后，经出水孔从喷嘴内流出，流动的冷却水可以带走喷嘴的热量，从而将喷嘴的温度保持在一定范围内，使得经过喷嘴的粉末的温度不至于过高，有效避免粉末粘附在内筒体1外壁和外筒体4内壁上，防止粉末在通粉腔内聚集。参见图2，通水孔6开设在外筒体4上，冷却水流经外筒体4后流入容置腔9，延长了冷却水在喷嘴内的流经路径，增大了喷嘴的降温面积，实现喷嘴的有效降温。

参见图1和图2，具体实施时，由于熔池的温度较高，熔池的热能辐照在喷嘴上，长时间工作后，喷嘴的温度易升高，尤其是靠近喷嘴出口端的温度极易升高，从而导致流经喷嘴出口的粉末的温度升高。作为一种可能的实现方式，外筒体4靠近喷嘴出口的一端为倒锥台结构，端盖7与倒锥台结构相对应的位置具有与倒锥台结构拟合的内壁，而且倒锥台结构的外壁沿倒锥台结构周向开设有凹槽，凹槽与端盖7内壁形成的腔体为容置腔9。端盖7套设在外筒体4靠近激光熔覆喷嘴出口的一端，端盖7内壁与外筒体4外壁之间具有容置腔9，通水孔6与容置腔9连通，使冷却水流经外筒体4靠近喷嘴出口的一端，便于对喷嘴出口处进行降温，使得喷嘴出口处温度保持在一定数值范围以内，防止粉末因工作温度过高聚集在喷嘴出口处，不仅降低了粉末的利用率，而且，影响粉末汇聚性，进一步降低激光熔覆质量和效率。

如图2所示，冷却水经过通水孔6流进容置腔9内，为了防止冷却水外漏，端盖7与外筒体4之间需密封连接。应理解，端盖7与外筒体4密封连接的方式多种多样，例如可以是通过密封胶进行密封连接，或者是通过螺纹结合生料带实现密封连接，此处仅是举例说明，并不对本实用新型作具体限定。在本实用新型实施例中，端盖7与外筒体4之间通过密封圈进行密封连接。密封圈的材质根据实际情况进行设置，此处不做具体限定，本实用新型实施例中优选耐高温氟橡胶密封圈。密封圈包括第一密封圈81和第二密封圈82，第一密封圈81和第二密封圈82分别设置在端盖7与外筒体4位于容置腔9的上下两端的连接处。不仅如此，为了保证端盖7与外筒体4之间的密封性，端盖7内壁与外筒体4外壁接触处采用过盈配合，使得端盖7卡紧在外筒体4外，同时将外筒体4倒锥台结构远离喷嘴出口的一端设置为阶梯段，端盖7与外筒体4倒锥台结构远离喷嘴出口的一端通过螺栓进行连接，增强外筒体4与端盖7连接的稳固性。可以理解的是，将端盖7外壁设计为倒锥台结构，不仅减小了端盖7的材料使用，节约成本，而且有利于增强喷嘴的散热性。

作为一种示例，当本实用新型实施例提供的喷嘴为环形送粉喷嘴，且粉末与激光同轴输送时，内筒体1与外筒体4紧固连接。应理解，内筒体1与外筒体4紧固连接的方式多种多样，例如可以是焊接或通过螺栓连接等方式，此处不作具体限定。本实用新型实施例中，内筒体1与外筒体4之间通过螺纹连接，在内筒体1外壁上开设外螺纹，在外筒体4内壁上开设与内筒体1外壁上外螺纹相配合的内螺纹，通过螺纹连接方式将内筒体1与外筒体4连接。螺纹连接方式便于安装和拆卸，节约安装时间，提高工作效率。同时，可以理解的是，在螺纹连接时，只有内外螺纹对准后，才可将内筒体1与外筒体4连接，节约调节校准时间，有利于实现内筒体1与外筒体4的同轴性，进一步保证激光和粉末输送的同轴性。

基于以上描述，本实用新型实施例提供的外筒体4、端盖7和内筒体1可以单独存在，当工作场地的出入口较小或存在弯曲通道时，可以将分立设置的外筒体4、端盖7和内筒体1分别搬运至工作场地，之后再对上述结构进行组装，以满足实际需要，扩大了激光熔覆喷嘴的适用范围。不仅如此，本实用新型实施例提供的激光熔覆喷嘴能够拆卸，当粉末聚集在喷嘴内时，便于清洗或维修喷嘴。同时，可对某一零部件进行更换，避免整体更换喷嘴，进而可以降低喷嘴的使用成本以及激光熔覆成本。

作为一种示例，通水孔6的数量为两个，两个通水孔6分别为进水孔和出水孔，进水孔和出水孔分别设置在凹槽的周向两端。具体实施时，凹槽可以设置为沿外筒体4周向一圈，进水孔和出水孔分别设置在外筒体4的径向两端。本实用新型实施例中，凹槽并未沿外筒体4周向形成闭环，使得凹槽具有沿外筒体4周向的两端。冷却水从位于凹槽的一端的进水孔流进容置腔9，从位于凹槽的另一端的出水孔流出容置腔9。冷却水从容置腔9的一端流入，从容置腔9的另一端流出，有利于冷却水的物尽其用，冷却水将喷嘴出口处的部分热量带走，降低了喷嘴出口的温度，使得粉末的温度保持在一定范围内，有效避免粉末在喷嘴内聚集，增加粉末的汇聚性，提高激光熔覆质量和效率。

作为一种可能的实现方式，通粉腔包括阶梯状喇叭腔段，阶梯状喇叭腔段沿着粉末的传送方向口径缩小，喇叭腔段具有引导来自送粉孔5输送的粉末的作用，能够顺利接收从送粉孔5输送的粉末，同时便于粉末流动，防止粉末粘附甚至聚集在通粉腔内。

在一种可选方式中，阶梯状喇叭腔段包括第一喇叭腔段，内筒体1靠近第一端的外壁与外筒体4内壁之间的缝隙为第一喇叭腔段。内筒体1靠近第一端的外壁与外筒体4内壁之间的垂直距离定义为第一喇叭腔段的宽度D，0.15mm≤D≤0.3mm。应理解，上述宽度的大小大于单个粉末的最大直径，以便于粉末可以顺利的通过通粉腔输送到基材表面。

在一种可选方式中，激光熔覆喷嘴还包括限位组件，限位组件用于限定外筒体4与内筒体1之间的相对位置。具体实施时，内筒体1所具有的第二端可以容置在第一腔体内，也可以设置在第一腔体外。本实用新型实施例中，还包括限位组件的情况下，第二端设置在第一腔体外。内筒体1与外筒体4之间通过螺纹连接，当内筒体1与外筒体4连接后，要保证通粉腔所具有的第一喇叭腔段的宽度D的数值范围。应理解，螺纹连接在长时间使用后易松动，从而导致无法满足第一喇叭腔段的宽度D的大小，如果宽度D过小，则粉末易堵塞在通粉腔内，如果宽度D过大，则粉末输送速度过快，使得粉末在基材表面聚集过多，影响激光熔覆的质量，而限位组件用于限制外筒体4与内筒体1之间的相对位置，防止外筒体4与内筒体1之间出现松动现象。

作为一种可能的实现方式，如图2所示，限位组件包括限位环2和定位销3，限位环2套设在内筒体1外，且限位环2位于外筒体4远离喷嘴出口的一端。定位销3沿外筒体4的长度方向穿过限位环2后顶紧在外筒体4上。限位环2套设在内筒体1外，限位环2与内筒体1的套设方式多种多样，例如可以为焊接、螺钉连接等方式，此处不作具体限定。在本实用新型实施例中，限位环2与内筒体1之间通过螺纹连接，限位环2的一端和外筒体4的一端紧靠，定位销3沿外筒体4的长度方向穿过限位环2后顶紧在外筒体4的一端，实现限位环2与外筒体4之间位置的相互限制，防止外筒体4与内筒体1之间出现松动现象。定位销3可以设置为螺钉，在限位环2上沿限位环2的轴向方向开设螺纹孔，螺钉拧入限位环2的螺纹孔后，螺钉的顶端顶紧在外筒体4上。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种激光熔覆设备，包括送粉器、分粉器和上述的激光熔覆喷嘴。分粉器与送粉器连通用于接收送粉器提供的粉末，并分流粉末。分粉器通过气管与激光熔覆喷嘴的送粉孔5连通。应理解，分粉器与激光熔覆喷嘴连接的气管的数量根据实际情况而定，分粉器具有的分粉口和激光熔覆喷嘴的送粉孔5的数量相同且相对应。

本实用新型实施例提供的激光熔覆设备的有益效果与上述技术方案所述激光熔覆喷嘴的有益效果相同，此处不做赘述。

在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种激光熔覆喷嘴，其特征在于，包括：

外筒体，所述外筒体具有贯通的第一腔体，所述外筒体上开设有至少两个送粉孔和至少两个通水孔；

端盖，所述端盖密封的套设在所述外筒体靠近激光熔覆喷嘴出口的一端，所述端盖内壁与所述外筒体外壁之间具有容置腔，所述通水孔与所述容置腔连通；

内筒体，所述内筒体具有相对的第一端和第二端，所述内筒体自所述第一端向所述第二端贯通，所述第一端容置在所述第一腔体内；所述内筒体与所述外筒体之间具有通粉腔，所述通粉腔与所述送粉孔连通。

2.根据权利要求1所述的激光熔覆喷嘴，其特征在于，所述外筒体靠近所述喷嘴出口的一端为倒锥台结构，所述端盖与所述倒锥台结构相对应的位置具有与所述倒锥台结构拟合的内壁。

3.根据权利要求2所述的激光熔覆喷嘴，其特征在于，所述倒锥台结构的外壁沿所述倒锥台结构周向开设有凹槽，所述凹槽与所述端盖内壁形成的腔体为所述容置腔。

4.根据权利要求3所述的激光熔覆喷嘴，其特征在于，所述通水孔的数量为两个，两个所述通水孔分别为进水孔和出水孔，所述进水孔和出水孔分别设置在所述凹槽的周向两端。

5.根据权利要求1所述的激光熔覆喷嘴，其特征在于，所述端盖通过密封圈与所述外筒体密封连接。

6.根据权利要求1所述的激光熔覆喷嘴，其特征在于，所述激光熔覆喷嘴还包括限位组件，所述限位组件用于限定所述外筒体与所述内筒体之间的相对位置。

7.根据权利要求6所述的激光熔覆喷嘴，其特征在于，所述限位组件包括限位环和定位销，所述限位环套设在所述内筒体外，所述定位销沿所述外筒体的长度方向穿过所述限位环后顶紧在所述外筒体上。

8.根据权利要求1所述的激光熔覆喷嘴，其特征在于，所述通粉腔包括阶梯状喇叭腔段。

9.根据权利要求8所述的激光熔覆喷嘴，其特征在于，所述阶梯状喇叭腔段包括第一喇叭腔段，所述内筒体靠近所述第一端的外壁与所述外筒体内壁之间的缝隙为所述第一喇叭腔段；所述内筒体靠近所述第一端的外壁与所述外筒体内壁之间的垂直距离定义为所述第一喇叭腔段的宽度D，0.15mm≤D≤0.3mm。

10.一种激光熔覆设备，其特征在于，包括送粉器、分粉器和权利要求1～9任一项所述的激光熔覆喷嘴；

所述分粉器与所述送粉器连通用于接收所述送粉器提供的粉末，并分流所述粉末；

所述分粉器通过气管与所述激光熔覆喷嘴的送粉孔连通。

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