[实用新型]激光熔覆同轴送粉喷嘴

说明书

(一)技术领域

本实用新型涉及一种主要用于激光熔覆金属或陶瓷的同轴送粉喷嘴，属于冶金机械领域。

(二)背景技术

目前，在金属零件表面处理或修复过程中经常采用激光熔覆的方法，即由喷嘴送粉，通过激光熔覆，以达到改善金属表面性能的目的。美国专利4743733提出了一种采用激光熔覆修复金属零件的方法，其采用通过喷嘴侧向送粉进行激光熔覆，但侧向送粉对熔覆时激光扫描运动的方向有所限制，同时对熔覆层没有很好的氧化保护措施。而美国专利4724299提出一种激光喷涂同轴送粉喷嘴，虽然激光焦点位置与粉末焦点可以调节，喷嘴内通有冷却水而得到很好冷却，但粉末很难在周向分布均匀，且没有专门的保护气以防止氧化。此外，美国另一专利5961862提出了一种激光沉积用喷头，该喷头虽可实现粉末的会聚，但该喷头接近处理表面部分没有很好的冷却，不能经受长时间连续使用时熔池的热辐射。

(三)技术内容

本实用新型设计一种激光熔覆同轴送粉喷嘴，其结构合理，可使粉末周向分布均匀，使激光熔覆不受方向限制，且保持良好的冷却性及熔覆层防氧化性。

本实用新型所提出的激光熔覆同轴送粉喷嘴层通过连接筒与镜座相连，连接筒为可调连接筒，喷嘴的形状为锥状，由上部、中部及下部组成，上、中、下三部分通过螺栓连接固定，在连接的密封端面带有密封环，在喷嘴的上部带有轴向送气的保护气通路及粉末入口，中部靠近内壁带有冷却水路，靠近外壁带有送粉通路，其与上部的粉末入口相对应，下部的中心轴线带有光孔，下部管壁中靠近内壁处带有与中部相对应的送粉通路，靠近外壁带有辅助保护气通道，而外壁面外围环绕有冷却水路。

送粉通孔沿喷嘴周向均布，可由4个或8个组成。

送粉通孔及锥形腔与喷嘴轴线的夹角在10°～40°之间，送粉通孔的孔径在1～3mm范围内。

喷嘴的锥形空腔可通过调节组件在0.5～2mm范围内调节。

喷嘴上部轴向保护气流量不大于200l/h，以防止聚焦镜受到污染。

本实用新型激光熔覆同轴送粉喷嘴在应用时，光束沿喷嘴的中心轴射入，通过连接筒可调节激光焦点与粉末会聚点的相对位置，气载粉末经多路通孔及锥形空腔会聚后与激光同轴地送至激光光束内或激光在基体材料表面形成的熔池中，在粉末通道出口外围通有保护气，可防止熔覆层的氧化，喷嘴中部及喷嘴下部均通有冷却水路对喷嘴进行充分冷却，而喷嘴上部带有的沿光束轴向通入的保护气，可防止粉末反溅对聚焦镜的污染。

本实用新型的激光熔覆同轴送粉喷嘴可实现同轴送粉，并且具有较好的冷却系统，在确保送粉均匀的情况下，防止粉末反溅，以延长喷嘴的应用时间，提高金属表面熔覆层质量。

(四)附图说明

图1是本实用新型所设计的激光熔覆同轴送粉喷嘴的结构图。

图2是图1中喷嘴上部的A-A视图。

图3是图2中喷嘴上部的B-B视图。

图4是图1中喷嘴中部的水路示意图。

图5是图1中喷嘴下部结构示意图。

图6是图5的D-D视图。

(五)具体实施方式

如图1所示的激光熔覆同轴送粉喷嘴10通过连接筒12与镜座11固定连接。连接筒12为可调连接筒，可用于调节激光聚焦点与粉末会聚点的相对位置，喷嘴10形状为锥环状，其中形成锥形空腔。喷嘴10由上部、中部及下部组成，上部如图2、3所示，由组件1构成，其环壁带有保护气通路20，粉末入口122，冷却水通口121；中部由组件2及组件2′构成，组件2′与组件2焊接，形成中部冷却水路22，如图4所示，冷却水路22与上部冷却水通口121连接，其靠近外壁带有送粉通路H，组件1与组件2之间用螺栓连接，下部如图5、6所示，由组件3、组件4、组件5、5′、5″构成，组件5、5′、5″采用焊接方式固定为一体，形成保护气通路21及冷却水路23，而组件3与组件4、组件3与组件5之间为螺纹连接，形成送粉通路C，这种结构有利于喷嘴的维修及部件更换。

激光熔覆时需要较高的能量密度，光束需经过聚焦镜的聚焦，很难将气载粉末完全送至激光熔池内，对于不同粉末及送粉速率的情况下，粉末的会聚情况不完全一样，这就要求激光焦点相对粉末会聚点可以适当调节，在该喷嘴中通过镜座11与喷嘴10之间的可调连接筒12来实现此目的，喷嘴可适用于100～300mm的聚焦镜。