[发明专利]一种内置筛孔式环形激光熔覆喷嘴

说明书

本发明公开了一种内置筛孔式环形激光熔覆喷嘴，包括激光头连接部分、中部套筒部分和喷嘴部分，激光头连接部分包括与激光头相连的上连接套筒，中部套筒部分包括与上连接套筒相连的滑动套筒，滑动套筒下端与中心套筒上端之间设有保护玻璃，保护玻璃水冷套分别与滑动套筒、中心套筒螺纹连接，在中心套筒设有保护气气孔，喷嘴部分包括与中心套筒相连的锥形喷嘴芯，在锥形喷嘴芯和中心套筒外侧依次设有进粉套、进气套、水冷套。本发明克服了现有激光熔覆喷嘴存在的使用寿命短、粉末汇聚直径无法调节、无法适应不同尺寸粉末颗粒的缺点。

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域，尤其涉及一种环形同轴激光熔覆喷嘴。

背景技术

激光熔覆技术是一种新的表面改性技术，是将两种或两种以上不同性质的材料通过加热的办法，使其熔合在一起，充分发挥各自优良性能的工艺方法。激光熔覆具有加热速度和冷却速度快的特点，获得的熔覆层显微组织很细，强度高，性能明显优于其他熔覆方法，因此受到世界各国材料工作者的广泛关注。

激光熔覆的送粉喷嘴设计是激光加工设备中的一项关键技术。送粉喷嘴的作用是将从送粉器出来的粉流转变为不同的形状并进入激光束中，起到控制粉末流的喷入角度和截面尺寸的作用，喷嘴的结构和性能直接影响熔覆工艺的效果及成形零件的精度和质量。国内外对同轴送粉喷嘴已进行了深入的研究，并取得了一定的成果，但目前仍存在许多不足，表现为：(1)在不加保护气条件下，送粉管粉道出口容易堵塞，易导致粉末流动时，在到达基体表面之前从激光束中脱出，形成了熔覆材料与基体非冶金结合的区域。(2)送粉量不均匀。同轴送粉激光熔覆工艺实施过程中，熔覆材料在激光束中流动具有发散性，造成粉斑直径超出激光光斑直径，超出激光光斑直径范围的粉末，在激光束中未得到充分加热，会造成熔覆粉末与基体表面无法形成冶金结合，会直接导致成形件表面恶化，严重情况甚至会导致塌陷，使成形过程无法继续进行。(3)送粉喷嘴不能实现粉末与激光束精确的同轴度调整，导致粉斑和激光光班不能实现同轴工作。(4)激光束在基体表面会产生反射，造成能量损失，严重时，经反射的激光束可能会烧损喷头。(5)水冷管路不能完全冷却喷嘴下端，造成接近熔池处容易受辐射热损坏。(6)保护镜玻璃不能得到完全冷却，局部过热易造成玻璃碎裂。

目前，激光熔覆成形所采用的同轴送粉喷嘴主要有两种形式：三束流同轴送粉喷嘴和环形同轴送粉喷嘴。三束流同轴送粉喷嘴具有三个以激光束为轴心对称分布的送粉通道，通道内径1～3mm，粉末经三个通道射出后汇聚形成粉斑；适用于大功率(>2kw)条件下进行较厚、较宽熔覆层加工，以及具有较大倾角要求的3D熔覆。环形同轴送粉喷嘴通过一个圆锥形空隙引导粉末颗粒，形成一个以激光束为轴心的环形粉末流，汇聚后进入熔池。这种结构设计可使粉末汇聚斑点达到0.4mm以下，即对于1mm宽度以下的超窄熔覆层也可获得极高的熔覆效率。

在中国专利CN104694922A提出了一种同轴送粉喷嘴，其主要部分是通过螺栓相连接，虽然采用了多个出粉小孔结构来提高粉末汇聚性，但此设计在加工上相对繁琐，其出粉口尺寸、数量不易调节。而且其未在喷嘴靠近熔池处采用冷却装置，更易导致喷嘴受辐射热损坏，降低喷嘴使用寿命。美国专利US5477026提出了一种多层环形锥筒喷嘴，其采用模块化结构，利于更换零件，粉末进入粉管中，存在一较大空间，可以起到稳流效果。主要不足是喷嘴出口处的粉末流均匀性较差，且粉末易在最下端出口处熔化堵塞出粉口，其次喷嘴无法调节粉末汇聚直径。

发明内容

发明目的：为了解决上述问题，本发明旨在提供一种使用寿命长、粉末汇聚直径可调、适用于不同尺寸粉末颗粒的内置筛孔式环形激光熔覆喷嘴。