[发明专利]一种用于激光熔覆的同轴喷头

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于激光熔覆的同轴喷头，属于激光熔覆领域。

背景技术

激光熔覆即高能激光表面熔覆，其物理过程为，在高能激光光束的照射下，基材表面被迅速融化，液态的金属形成一个小规模的熔池，在这个熔池中，原本的金属材料与被添加的粉末相互混合，形成一层新的液态金属层，待激光光束经过以后，熔池的温度降低，液态金属迅速冷却，在金属表面形成一层新的固态熔覆层。激光熔覆可极大的改变该关键部位的金属性能，如硬度、耐磨性、耐热性、抗腐蚀性等。

当今工业界在激光熔覆应用上的主要送粉技术为旁轴喷粉，但由于旁轴喷粉属于分体式喷头，需要两个喷头同时协作，非常不利于复杂表面的加工，因此同轴化喷粉成为新的发展方向。近年来，在同轴化喷粉的基础上，保护气体也被加入同轴化设计，产生了粉末喷射、保护气体一体化同轴的技术。如附图1显示了一种喷粉、保护气体一体化同轴的喷头。然而在国际上，由于一体化同轴喷头的设计尚未完善，因此该技术还有很长的一段发展期。

如附图1中的一体化同轴喷头，它具有开设在该喷头的中央的激光通道2、开设在激光通道2周围的多个粉末通道3、开设在粉末通道3外围的保护气体通道4，激光通道2、粉末通道3和保护气体通道4均相对独立，互不连通。激光、粉末、保护气体从各自通道喷射出喷头后汇聚在一起并在待熔覆的加工件表面进行熔覆。现有技术中的粉末通道如附图1中所示均为直通道，绕激光通道2的中心轴均匀分布，由于收到喷头尺寸的限制，采用直通道的粉末通道3倾斜角度有限，因此造成粉末流最小汇聚点到喷头底端的距离较远，且粉末流场密度小、不均匀，从而影响熔覆效果，激光熔池的张力、熔融比例、熔覆高度等一系列熔覆结果都难以得到控制。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种用于激光熔覆的及冷却功能一体化的同轴喷头。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种用于激光熔覆的同轴喷头，它具有开设在该喷头中央的上下贯穿喷头的中央通道，中央通道的底部呈漏斗形，在中央通道的壁与喷头的外壁之间开设有多个一端与粉末添加装置相连接另一端贯穿喷头底面的呈螺旋形的螺旋通道。

优选地，多个螺旋通道绕中央通道的中心轴均匀分布。

更优地，螺旋通道的旋转角位移为170°～280°。

更优地，螺旋通道的粉末入口处的尺寸大于粉末出口处的尺寸。

进一步地，喷头上开设有与中央通道相连通的保护气体入口，且多个保护气体入口位于保护镜片的下方，激光通过保护镜片进入喷头的中央通道，高压保护气体通过保护气体入口进入中央通道，并在中央通道内形成自上而下的流动风从中央通道喷射出，并与从螺旋通道喷射出的粉末混合，到达待熔覆的加工件基材表面。

更进一步地，多个保护气体入口绕中央通道的中心轴均匀分布。

更进一步地，保护气体入口与中央通道相连接处在竖直方向上距离喷头底端大于等于5cm。

本发明一种用于激光熔覆的同轴喷头，通过将原有的直线形的粉末通道设计成螺旋形，使粉末喷射出螺旋通道时形成的粉末流与激光束中心轴之间的夹角角度变大，进而缩短了各通道的粉末流汇聚成的粉末流场的最小汇聚点与喷头底端的距离，粉末流场的密度和均匀性也得到了改善，从而改善了激光熔池的张力、熔融比例、熔覆高度等一系列熔覆结果。

附图说明

附图1为现有技术中的喷头的剖面结构示意图；

附图2为本发明一种用于激光熔覆的同轴喷头的剖面结构示意图。

图中标号为：

1、喷头；2、激光通道；3、粉末通道；4、保护气体通道；5、保护气体入口；6、激光束；7、加工件基材；8、熔覆层；9、保护镜片；10、第一腔；11、第二腔；12、聚焦镜片；13、激光头；14、螺旋通道。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。