[发明专利]可调式激光同轴送粉喷嘴

说明书

技术领域：

本发明涉及了一种可调式激光融覆同轴送粉喷嘴，适用于圆斑激光融覆和宽带激光融覆，属于激光加工技术领域。 

背景技术：

激光融覆技术是激光热处理中研究较多、进展很快、应用很广的一种新技术，被认为是一种新的、很有发展前景的表面改性技术。送粉系统是激光融覆系统中一个很重要的系统，激光融覆按送粉方式可以分为预置式和同步式激光融覆。同步送粉法是目前较为先进和应用较广的一种方法。同步送粉所用的送粉装置主要有单侧送粉和同轴送粉两种类型。其中，单侧送粉方式，作为传统方式应用较广，这种送粉方式的局限性在于送粉只是一个方向，使送粉器在加工中使用的方便性、灵活性受到限制，同轴送粉喷嘴可以克服单侧送粉的一些缺点，再生产中使用灵活，达到特殊的加工效果。 

激光熔覆的送粉喷嘴设计是激光加工设备中的的一项关键技术，送粉喷嘴作为送粉系统中的一个组成部分，其使粉末流准确、稳定的送入激光光斑内，落在基体上得到熔覆层，直接影响成形零件的质量和精度。国内外对同轴送粉喷嘴已进行了深入的研究，研究主要集中在提高粉末利用率，提高水冷效果，提供适当的保护气等方面，已取得了一定的成就，目前仍有许多不足需要改进，表现为：(1)现有同轴喷嘴多为整体结构，连接有粉、气、水路等多条管路，旋转装卸时易使这些管路相互缠绕，须先拔掉所有管路，安装完毕再装回，使用不方便；(2)目前设计的送粉喷嘴只针对一种光斑可用，同时若出现端部堵粉现象或其它原因造成的喷头损坏需要更换整个喷头，设备通用性低，成本较高；(3)对粉末汇聚点相对光斑离焦量的可调性和粉末腔出口大小的可调性研究较少，已有的研究成果结构设计较为复杂；(4)水冷结构复杂推广型不强，或水冷管路过于接近熔池易受辐射热损坏。 

在中国专利CN2510502Y提出了一种同轴送粉喷嘴，其主要部分以螺栓相连接，虽然激光焦点相对粉末会聚点可以适当调节，但无刻度值进行量化，同时下端的粉末锥形腔大小虽可调节，但调节后在连接处易出现粉末沉积，及调节值无法度量，该专利仅适用于圆形激光光斑，对方形光斑不适用。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调，但极易造成出口处粉末喷出不畅堵塞喷头，对损坏的喷头更换困难，仅适用于圆斑。中国专利CN1255411A提出一种垂直装卸的分体式激光融覆同轴送粉喷嘴，在一定程度上克服了单管侧向送粉融覆各向异性的不足，仅适用于气动送粉，在重力送粉的情况下会在喷头内部出现粉末堆积。 

发明内容：

为了解决上述问题，本发明设计了一种可调式激光融覆同轴送粉喷嘴，可快速实现圆斑或宽带激光融覆，对于下锥体出现损坏的情况容易更换，同时实现激光光斑和粉末焦点相对位置的调节。 

本发明的技术方案是： 

喷嘴由标有刻度的连接筒分别连接激光器和送粉筒，利用螺纹形成可垂直上下调节的机构，实现粉末焦点位置的精确调节；下体分两组：一组由三个成同轴分布出口为圆形的锥体组成，一组由三个同轴分布出口为矩形的锥体组成，由三个同轴分布出口为矩形的锥体组成的下体，在外锥体和中间椎体的内壁各均布有三个凸台，相互间径向夹角为120°，在内锥体和中间锥体的外壁各均布有三个凹槽，相互间径向夹角为120°。冷却水通路与喷嘴轴线的夹角范围在30°-45°，冷却水管路在进口处向上方倾斜，粉末通路与喷嘴轴线的夹角范围在40°-50°，粉末流倾斜进入粉末腔。 

本发明的有益效果是： 

上述同轴送粉喷嘴，在激光融覆时据所用的激光光斑类型安装相应出口的下体，使喷头分别适用于圆斑和宽带激光加工，且在更换下体部件时，上体管路不动，不会出现管路缠绕，同时备有相应可替换的下锥体，在损坏后可更换，确保长时间工作，提高设备通用性。通过调节连接筒、激光器、送粉筒三者间相对位置实现光斑和粉末焦点位置的调节，调节范围大。 

粉末通路轴线与喷嘴轴线成一定角度，既可用于重力送粉又可用于气动送粉；冷却水管路与喷嘴轴线成一定角度使管路远离熔池，减少热辐射的损坏，喷头处的结构紧凑。 

附图说明：

图1是本发明实施例结构剖面示意图。 

图2是图1中喷嘴出口为圆形下体的A向视图。 

图3是本发明的喷嘴出口为方形下体实施例结构剖面示意图。 

图4是图3的B向视图。 

图5是图3中外锥体的C向视图。