[发明专利]一种便于冷却的激光熔覆喷嘴及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于激光加工技术领域，具体涉及一种便于冷却的激光熔覆喷嘴及其制造方法。

背景技术

激光熔覆技术的基本原理是：在基材表面添加熔覆材料，采用具有一定功率密度的激光束扫描使之完全熔化，并快速凝固，形成与基材呈冶金结合的表面涂层。激光熔覆技术由于具有节约战略金属、保护环境、能够提高材料表面性能、降低能耗等优势而受到越来越多的关注。

在激光熔覆系统中，激光熔覆送粉系统目前大多采用激光熔覆喷嘴来进行送粉，送粉的均匀性对熔覆质量影响很大，另外在激光熔覆过程中，喷嘴与加工部位的距离很近，受到熔池热辐射的影响比较大，所以也就要求喷嘴必须具有非常好的冷却效果。

公开号为CN 1570190A，公开日为2005年1月26日，申请号为200410013108.0的中国发明专利，发明创造的名称为一种内置式激光熔覆喷嘴，公开了一种内置式激光熔覆喷嘴，筒体由上下两个椎筒组成，筒壁内设有粉末通道、冷却水路和保护气通道，这些粉路、水路、气路的入口全部位于喷嘴的顶部，喷嘴无外露的水管、气管、粉管，结构紧凑。其不足之处是粉末通道为上下均匀的管道，送粉质量不高；冷却水环虽置于锥形筒体底部壁内，但其入口却设置于锥形筒体的上端，对于受到热辐射影响最大的喷嘴下缘的冷却效果不是很好；整个喷嘴是由多个零件装配而成，整体结构复杂，容易因装配不当影响送粉效果或发生漏水等问题。申请号为“200420046953.3”的中国实用新型专利公开了孔式同轴激光熔覆喷嘴，该喷嘴采用3个或6个小孔作为送粉通道，实现了同轴和粉末聚焦与激光聚焦重合，而且在大角度倾斜时(90-180度)，不会出现粉末偏聚现象，仍然能保证送出粉末的各向均匀，但是这种结构是在内部嵌入水冷套来实现其冷却效果，由于受到加工方法的限制，需要先单独加工出水冷套，再通过焊接等方式与喷嘴装配在一起使用，具有加工繁琐、冷却面积有限等缺陷。

综上所述，现有的技术中，一般都存在着以下不足：(1)受加工方法限制，需单独加工出水冷套，再通过焊接等方式与喷嘴组合，这种方法不但工艺繁琐，而且很容易因焊缝质量问题而导致漏水；(2)冷却面积有限，对受到热辐射影响最大的喷嘴下缘的冷却效果不是很好；(3)如前面所述，喷嘴是由多个零件组合而成，整体结构复杂，而且还容易因装配不当等问题影响送粉效果或发生漏水问题。

因此，需要提供一种既可保证送粉均匀性又具有高效冷却效果，且不需进行装配的激光熔覆喷嘴及其制造方法。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种既可保证送粉均匀又具有高效冷却效果，且不需进行装配的便于冷却的激光熔覆喷嘴。

本发明的另一目的在于提供一种便于冷却的激光熔覆喷嘴的制造方法。

为达上述目的，本发明采用如下的技术方案：一种便于冷却的激光熔覆喷嘴，包括喷嘴芯以及连接在其上方的用于外接激光系统的连接头，所述喷嘴芯内设有光束通道、冷却腔体和若干个送粉通道，所述冷却腔体为光束通道的外周、各送粉通道的外周以及喷嘴芯内壁之间形成的空腔；喷嘴芯的上端外侧壁上分别开有与送粉通道连通的进粉口以及与冷却腔体连通的出水口，喷嘴芯的下端开有与送粉通道连通的出粉口以及与冷却腔体连通的进水口，所述进水口和出水口都分别外接冷却系统。工作时，外部的冷却系统将冷却水由位于喷嘴芯下端的进水口送入喷嘴芯的冷却腔体，冷却喷嘴后，冷却系统再将冷却水从位于喷嘴芯上端的出水口抽出，并通过外部的冷却系统回收。

所述光束通道为喷嘴芯中心位置开设的通孔，所述通孔优选为圆锥形孔或圆柱形孔等。

所述连接头为设有外螺纹的圆柱体，且其中心位置开有与光束通道连通的通孔；

或者，所述连接头为与喷嘴芯一体成型的圆环形凸体，且在其侧壁上开有若干个用于外接激光系统的通孔，作为优选，各通孔围绕喷嘴芯的中心轴线均匀分布。

所述送粉通道为内壁光滑的通道，通道的孔径从进粉口到出粉口逐渐变小；各送粉通道围绕喷嘴芯的中心轴线均匀分布，且各送粉通道沿着出粉方向的延长线汇聚于一点。

所述送粉通道为三至六个，进粉口和出粉口的数目与送粉通道的数目一致，作为优选，进粉口、出粉口和送粉通道一一对应；所述喷嘴芯的外壁厚为2～5mm；光束通道的壁厚为2～5mm；送粉通道的壁厚为2～5mm。

上述便于冷却的激光熔覆喷嘴的制造方法，包括如下步骤：

(1)构绘模型：在上位机中根据所述激光熔覆喷嘴的结构，建立所述激光熔覆喷嘴的三维模型；