CN219793112U - 一种激光宽带熔覆送粉头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种激光宽带熔覆送粉头，包括沿垂直方向纵向布置的导光筒、送粉腔、粉末集束分流器、冷却水装置、保护气装置等部件。激光宽带熔覆送粉头，具备侧吹保护气帘，有效避免激光组件被熔覆烟尘污染；光斑聚焦位置和粉斑汇聚位置均可调，可以保证二者重合，最大限度提高粉末利用率和熔覆效率；具备自冷却功能，能够长时间稳定工作；能够对激光熔池进行有效的气体保护，避免熔池中的元素与空气中的氧气等发生反应，保证熔覆层性能。

Description

一种激光宽带熔覆送粉头

技术领域

本实用新型涉及一种激光熔覆送粉头，尤其涉及激光宽带熔覆使用的送粉头。

背景技术

目前，随着激光器功率的提升和光斑形状调制装置的进步，宽带激光熔覆所需的功率密度和光斑形状稳定性已经得到保证，现有激光头的形式很多，各有优缺点，但激光宽带熔覆的专用送粉头还缺乏成熟可靠的产品。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种能够有效保证光斑和粉斑的重合，具备自冷却功能，能够有效保护熔池的激光宽带熔覆送粉头。

实现本实用新型的技术解决方案为：

本实用新型的一种激光宽带熔覆送粉头，包括导光筒，所述的导光筒上端进口与激光组件的出光口连接；在所述的导光筒侧壁中部开有一个侧吹保护气接口；

在所述的导光筒的底部出口处的内壁上设置有内螺纹形成内螺纹孔端，在一个送粉腔的上部外壁上设置有外螺纹形成外螺纹端，所述的送粉腔的外螺纹端与导光筒的内螺纹孔端螺纹连接，导光筒下端的内螺纹长度大于送粉腔上端的外螺纹长度；

以送粉腔的竖直中心轴线为对称轴，在所述的送粉腔的侧壁上部对称分布有两个定位支座导管且彼此呈V形设置，在两个定位支座导管的侧壁上预留有定位用的螺纹孔；在位于两个定位支座导管下部的送粉腔的侧壁上对称分布有两个微调支架导管且彼此呈V形设置，在每个微调支架导管的上部固定有支架锁母，所述的两个定位支座导管和两个微调支架导管的底部分别与送粉腔侧壁上的开孔连通；

在两个定位支座导管上各自连接有一个粉末集束分流器，每一个粉末集束分流器包括粉末集束管，所述的粉末集束管包括圆形铜管主体，所述的圆形铜管主体的下端为扁平形结构形成扁口状出口段且所述的圆形铜管主体的上侧弯折形成与定位支座导管的倾斜角度一致的弯折段，倾斜角度与微调支架导管倾斜角度一致的调节螺柱的下端与铜管主体焊接相连，在所述的圆形铜管主体的弯折处固定有一个限位板，在所述的弯折段的上部外壁上固定有转轴定位座，在所述的转轴定位座上开有定位孔，压板和分流板上下固定相连组成分流装置，所述的分流板为凸形结构，所述的凸形结构的凸起的顶面与压板的底壁贴合设置，在所述的凸形结构凸起的顶面上开有多条粉末通道，所述的多条粉末通道从进口侧向出口侧呈发散形放射状设置，位于所述的多条粉末通道下侧的压板和分流板之间形成与多条粉末通道出口侧连通的出粉口，位于所述的多条粉末通道上侧的压板和分流板之间形成与多条粉末通道进口侧连通的送粉口，所述的扁口状出口段插入送粉口且固定相连；

每一个粉末集束分流器的调节螺柱插入对应设置的微调支架导管内且与微调支架导管上的支架锁母螺纹连接，每一个粉末集束分流器的弯折段插入对应设置的定位支座导管内，所述的转轴定位座与定位支座导管间隙配合，所述的转轴定位座和定位支座导管之间通过穿过螺纹孔以及定位孔的螺栓固定相连，所述的限位板能够与送粉腔的内壁贴合设置，所述的限位板的中心轴线与相应侧的定位支座导管的中心轴线重合，每一个粉末集束分流器的出粉口与送粉腔底部出口处连通，在所述的送粉腔下部的外壁上环套固定有冷却水装置，保护气装置设置在送粉腔底部出口处且通过螺栓与冷却水装置固定相连，所述的保护气装置包括环形气腔，所述的环形气腔的中间孔与送粉腔底部出口同轴线设置，所述的环形气腔与进气管连通。

本实用新型的显著优点为：具备侧吹保护气帘，有效避免激光组件被熔覆烟尘污染；光斑聚焦位置和粉斑汇聚位置均可调，可以保证二者重合，最大限度提高粉末利用率和熔覆效率；送粉头具备自冷却功能，能够长时间稳定工作；能够对激光熔池进行有效的气体保护，避免熔池中的元素与空气中的氧气等发生反应，保证熔覆层性能。

附图说明

图1为本实用新型的一种激光宽带熔覆送粉头的结构示意图；

图2为图1所示的结构中的导光筒的结构示意图；

图3为图1所示的结构中的送粉腔的结构示意图；

图4为粉末集束分流器的结构示意图。

图5为压板的结构示意图；

图5-1为压板的正视图；

图5-2为压板的左视图；

图6为粉末分流板的结构示意图；

图6-1为粉末分流板的正视图；

图6-2为粉末分流板的左视图；

图7为冷却水装置的结构示意图；

图8为保护气装置的结构示意图；

图8-1为保护气装置的气腔；

图8-2为保护气装置的进气管；

图8-3为保护气装置的出气孔。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述。

如附图1所示，本实用新型的一种激光宽带熔覆送粉头，包括导光筒1，所述的导光筒上端进口与现有的激光组件的出光口连接，连接方式可以采用螺纹连接，也可以选用卡扣、定位销、螺丝等其他连接方式。

在所述的导光筒侧壁中部开有一个侧吹保护气接口5，具有一定压力和流速的侧吹保护气(优选为氩气，也可以使用氮气、压缩空气等其他气体)可以通过该侧吹保护气接口进入导光筒，形成侧吹保护气帘，防止激光熔覆时产生的烟尘随气流向上进入激光组件。

在所述的导光筒的底部出口处的内壁上设置有内螺纹形成内螺纹孔端，在一个送粉腔2的上部外壁上设置有外螺纹形成外螺纹端，所述的送粉腔2的外螺纹端与导光筒的内螺纹孔端螺纹连接。导光筒下端的内螺纹长度大于送粉腔上端的外螺纹长度，从而使送粉腔在垂直方向上相对导光筒的高度可以通过螺纹啮合长度调节。

以送粉腔的竖直中心轴线为对称轴，在所述的送粉腔的侧壁上部对称分布有两个定位支座导管3且彼此呈V形设置，在两个定位支座导管的侧壁上预留有定位用的螺纹孔3-1；在位于两个定位支座导管下部的送粉腔的侧壁上对称分布有两个微调支架导管4且彼此呈V形设置，在每个微调支架导管的上部固定有支架锁母。所述的两个定位支座导管和两个微调支架导管的底部分别与送粉腔侧壁上的开孔连通。

在两个定位支座导管3上各自连接有一个粉末集束分流器，如附图4所示，每一个粉末集束分流器包括粉末集束管6-3，所述的粉末集束管6-3包括圆形铜管主体，所述的圆形铜管主体的下端为扁平形结构形成扁口状出口段且所述的圆形铜管主体的上侧弯折形成与定位支座导管3的倾斜角度一致的弯折段。倾斜角度与微调支架导管4倾斜角度一致的调节螺柱6-4的下端与铜管主体焊接相连。在所述的圆形铜管主体的弯折处固定有一个限位板6-5。在所述的弯折段的上部外壁上固定有转轴定位座6-6，在所述的转轴定位座6-6上开有定位孔6-7。压板6-1和分流板6-2上下固定相连组成分流装置，所述的分流板6-2为凸形结构，所述的凸形结构的凸起的顶面与压板6-1的底壁贴合设置，在所述的凸形结构凸起的顶面上开有多条粉末通道，所述的多条粉末通道从进口侧向出口侧呈发散形放射状设置。位于所述的多条粉末通道下侧的压板6-1和分流板6-2之间形成与多条粉末通道出口侧连通的出粉口，位于所述的多条粉末通道上侧的压板6-1和分流板6-2之间形成与多条粉末通道进口侧连通的送粉口。所述的扁口状出口段插入送粉口且固定相连。

每一个粉末集束分流器的调节螺柱6-4插入对应设置的微调支架导管4内且与微调支架导管上的支架锁母螺纹连接，每一个粉末集束分流器的弯折段插入对应设置的定位支座导管3内，所述的转轴定位座6-6与定位支座导管3间隙配合，所述的转轴定位座6-6和定位支座导管3之间通过穿过螺纹孔3-1以及定位孔6-7的螺栓固定相连，所述的限位板6-5能够与送粉腔的内壁贴合设置，所述的限位板6-5的中心轴线与相应侧的定位支座导管3的中心轴线重合，每一个粉末集束分流器的出粉口与送粉腔底部出口处连通。

压板和分流板(见附图5、6)用于将粉末集束管输送来的粉末分流为多束，以形成宽带粉斑。分流板上加工出放射状的彼此独立的粉末通道，称为分流孔。在附图中，粉末被分为5路，实际应用时，可以根据需要实现的粉斑尺寸要求，粉末分为N路，粉末通道的孔径也可根据需要设定。压板和分流板配做，上下扣合后，采用焊接方式连接为一体。粉末集束管前端的扁口状出口段插入分流装置，用焊接工艺将粉末集束管和分流装置固定在一起，保证气密性。

调节螺柱、限位板、转轴定位座等部件用来固定、调整粉末集束管的位置。调节螺柱与粉末集束管焊接在一起，与粉末集束管下端出口的距离可以根据实际所需粉斑大小灵活调整。

安装时，将粉末集束分流器从送粉腔内同时插入定位支座导管3和微调支架导管4。其中，粉末集束管的弯折段，插入定位支座导管3，调节螺柱6-4插入微调支架导管4。弯折段插入至转轴定位座上预留的定位孔6-7与定位支座侧壁上的螺纹孔3-1同心，此时，使用螺栓穿过定位孔6-7及螺纹孔3-1，即可实现定位支座与粉末集束分流器的连接。调节螺柱插入至与微调支架导管上的支架锁母通过螺纹连接，调节支架锁母即可控制调节螺柱向送粉腔内部拧入和拧出，进而调节粉末集束分流器的角度。限位板可以起到定位作用，并限制粉末集束分流器的调节角度，当调节螺柱向送粉腔内部拧入幅度过大时，限位板将接触送粉腔内壁，形成反作用力，避免粉末集束分流器过于向送粉腔中心线倾斜。

如附图1、附图7所示，在所述的送粉腔下部的外壁上环套固定有冷却水装置7，采用焊接方式固定在送粉腔下端外壁上，采用该连接方式的目的是使冷却水装置和送粉腔具有最佳的导热性。所述的冷却水装置具有空腔，所述的空腔分别与进水管以及出水管相连。

如附图1、图8-1、8-2、8-3所示，保护气装置8设置在送粉腔底部出口处且通过螺栓与冷却水装置固定相连，所述的保护气装置包括环形气腔8-1，所述的环形气腔8-1的中间孔与送粉腔底部出口同轴线设置，优选的环形气腔的外直径大于激光束的长边1.5倍以上。所述的环形气腔8-1与进气管8-2连通，优选的，进气管8-2的直径大于6mm，以保证较大的进气通量。在环形气腔8-1的底壁上开有多个出气孔8-3，优选的，所述的出气孔直径不大于1.5mm，目的是保证保护气流较均匀地从各个出气孔排出，在激光熔池周围形成有效的多重保护气帘。

保护气装置的外轮廓大致呈环状，也可以采用圆形、矩形等其他形状。

采用本装置的工作过程为：使用前，移动所述激光宽带熔覆头，使之位于放置在工作台上的待熔覆工件上方。调整送粉腔相对于导光筒的高度，使得待熔覆工件表面的粉斑直径略大于激光光斑直径。确认后，首先用泵将冷却水泵入冷却水装置7，形成循环冷却；然后像保护气装置8供气，形成保护气氛；之后打开送粉器，将粉末送入粉末集束分流器6；等待粉末均匀从出口喷出，通过环形气腔8-1的中间孔后，开始激光熔覆过程；熔覆过程结束后，依次关闭送粉器、停止保护气供气、停止冷却水循环。

Claims (3)

1.一种激光宽带熔覆送粉头，其特征在于：包括导光筒(1)，所述的导光筒上端进口与激光组件的出光口连接；在所述的导光筒侧壁中部开有一个侧吹保护气接口(5)；

在所述的导光筒的底部出口处的内壁上设置有内螺纹形成内螺纹孔端，在一个送粉腔(2)的上部外壁上设置有外螺纹形成外螺纹端，所述的送粉腔的外螺纹端与导光筒的内螺纹孔端螺纹连接，导光筒下端的内螺纹长度大于送粉腔上端的外螺纹长度；

以送粉腔的竖直中心轴线为对称轴，在所述的送粉腔的侧壁上部对称分布有两个定位支座导管(3)且彼此呈V形设置，在两个定位支座导管的侧壁上预留有定位用的螺纹孔(3-1)；在位于两个定位支座导管下部的送粉腔的侧壁上对称分布有两个微调支架导管(4)且彼此呈V形设置，在每个微调支架导管的上部固定有支架锁母，所述的两个定位支座导管和两个微调支架导管的底部分别与送粉腔侧壁上的开孔连通；

在两个定位支座导管上各自连接有一个粉末集束分流器，每一个粉末集束分流器包括粉末集束管(6-3)，所述的粉末集束管包括圆形铜管主体，所述的圆形铜管主体的下端为扁平形结构形成扁口状出口段且所述的圆形铜管主体的上侧弯折形成与定位支座导管的倾斜角度一致的弯折段，倾斜角度与微调支架导管倾斜角度一致的调节螺柱(6-4)的下端与铜管主体焊接相连，在所述的圆形铜管主体的弯折处固定有一个限位板(6-5)，在所述的弯折段的上部外壁上固定有转轴定位座(6-6)，在所述的转轴定位座上开有定位孔(6-7)，压板(6-1)和分流板(6-2)上下固定相连组成分流装置，所述的分流板为凸形结构，所述的凸形结构的凸起的顶面与压板的底壁贴合设置，在所述的凸形结构凸起的顶面上开有多条粉末通道，所述的多条粉末通道从进口侧向出口侧呈发散形放射状设置，位于所述的多条粉末通道下侧的压板和分流板之间形成与多条粉末通道出口侧连通的出粉口，位于所述的多条粉末通道上侧的压板和分流板之间形成与多条粉末通道进口侧连通的送粉口，所述的扁口状出口段插入送粉口且固定相连；

每一个粉末集束分流器的调节螺柱(6-4)插入对应设置的微调支架导管(4)内且与微调支架导管上的支架锁母螺纹连接，每一个粉末集束分流器的弯折段插入对应设置的定位支座导管内，所述的转轴定位座(6-6)与定位支座导管间隙配合，所述的转轴定位座和定位支座导管之间通过穿过螺纹孔(3-1)以及定位孔(6-7)的螺栓固定相连，所述的限位板能够与送粉腔的内壁贴合设置，所述的限位板的中心轴线与相应侧的定位支座导管的中心轴线重合，每一个粉末集束分流器的出粉口与送粉腔底部出口处连通，在所述的送粉腔下部的外壁上环套固定有冷却水装置(7)，保护气装置(8)设置在送粉腔底部出口处且通过螺栓与冷却水装置固定相连，所述的保护气装置包括环形气腔(8-1)，所述的环形气腔的中间孔与送粉腔底部出口同轴线设置，所述的环形气腔与进气管(8-2)连通。

2.根据权利要求1所述的激光宽带熔覆送粉头，其特征在于：环形气腔的外直径大于激光束的长边1.5倍以上。

3.根据权利要求1或者2所述的激光宽带熔覆送粉头，其特征在于：进气管的直径大于6mm，在环形气腔的底壁上开有多个出气孔，所述的出气孔直径不大于1.5mm。