[发明专利]用于激光熔覆的螺旋形气粉通道预混合式喷头

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于激光熔覆的螺旋形气粉通道预混合式喷头，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外围的气体通道4，激光通道2、粉末通道3和气体通道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3和气体通道4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，直通道的倾斜角度有限，因此造成粉末流和气体流最小汇聚点到喷头底端的距离较远，粉末和保护气体混合后的粉末流场密度小、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螺旋形气粉通道预混合式喷头。

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螺旋形气粉通道预混合式喷头，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上端与粉末添加装置相连接的粉末通道、多个上端与保护气体添加装置相连接的气体通道、位于粉末通道和气体通道下方的混合通道，混合通道的上端与粉末通道下端和气体通道下端相连通，混合通道的下端贯穿喷头下表面，混合通道呈漏斗形，且其垂直于中央通道中心轴的截面为环形，粉末通道和气体通道均呈螺旋形，且二者数量相同并彼此间隔排列并绕中央通道的中心轴均匀分布。

进一步地，粉末通道的上端口为粉末通道的入口，气体通道的上端口为气体通道的入口，多个粉末通道的入口的中心点在同一水平面上，设为第一平面，多个气体通道的入口的中心点在同一水平面上，设为第二平面，第一平面与第二平面可以重合，也可以不重合。

更进一步地，当粉末通道的入口和气体通道的入口尺寸相同时，设入口的直径为d₁，则相邻的粉末通道与气体通道的入口中心点的间距大于等于4d₁；当粉末通道的入口和气体通道的入口尺寸不同时，设其中较大的入口的直径为d，则相邻的粉末通道与气体通道的入口中心点的间距大于等于4d。 

进一步地，粉末通道和气体通道的旋转角位移为170°～280°。

更进一步地，粉末通道和气体通道的入口处的尺寸大于出口处的尺寸。

进一步地，混合通道在中央通道中心轴方向上的高度为5cm～8cm。

更进一步地，混合通道的中心轴与中央通道的中心轴相重合。

本发明用于激光熔覆的螺旋形气粉通道预混合式喷头，粉末和保护气体喷射出进入混合通道进行混合，原有的直线形的粉末通道和气体通道设计成螺旋形，粉末与保护气体混合更均匀，再从混合通道底端的环形口喷射出喷头形成粉末流场，粉末流场在绕轴向360°内呈完全对称分布，流场整体均匀性大大提高，粉末流场更加集中、密度增大，并缩短了的粉末流和气体流汇聚成的粉末流场的最小汇聚点与喷头底端的距离，使粉末流场中合金粉末的密度均匀性比上一代喷头提高30%以上，进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；