[发明专利]一种多束金属粉流与多束激光精准匹配的高速激光熔覆头

说明书

本发明涉及一种高速激光熔覆头，针对现有I类结构的熔覆头导致金属粉利用率难以提高；以及在使用现有I类结构熔覆头的过程中，经常发生金属粉过烧和严重氧化现象的问题，提供一种多束金属粉流与多束激光精准匹配的高速激光熔覆头。熔覆头包括柱状固定座、过渡连接套和锥形送粉头；过渡连接套一端设置至少两个保护气孔；在柱状固定座上绕柱状固定座轴线设置至少两个输光通孔；每个输光通孔的轴线均与柱状固定座轴线相交于同一点A；锥形送粉头的大端位于小端上方，其中部设有贯通的锥形孔；在锥形送粉头上绕锥形送粉头轴线设置至少两个输料通孔；每个输料通孔的轴线均与锥形送粉头轴线相交于同一点B；交点B位于交点A上方。

技术领域

本发明属于高速激光熔覆及激光增材制造领域，涉及一种高速激光熔覆头，具体涉及一种多束金属粉流与多束激光精准匹配的高速激光熔覆头。

背景技术

高速激光熔覆属于一种新型绿色的金属表面处理工艺。该工艺是通过激光在基体之上作用于金属粉，将熔化或半熔化的粉流送入熔池，经快速凝固形成冶金结合的表面涂层。激光熔覆头属于激光熔覆设备中的重要部件，其作用是将激光、金属粉以及保护气体沿设定路径进行整合输出。

根据金属粉流和激光光束的相对空间位置，传统的激光熔覆头可分为中心为激光束(I类结构)和中心为粉流(II类结构)两种结构。

I类结构激光熔覆头工作时，激光束沿熔覆头中心轴线贯穿熔覆头，粉流以激光束为中心，环状或等间距束状分布在激光束周围，贯穿熔覆头。

II类结构中心送粉环形光束结构熔覆头，粉流沿熔覆头中心轴线贯穿熔覆头，激光光束环状分布在粉流周围。II类结构熔覆头内部需要将单束激光整形为内部中空环形光束，工艺实现难度大，技术要求高，市场应用较少。

相较于II类结构激光熔覆头，I类结构激光熔覆头的市场应用较为普遍。但是，现有I类结构的熔覆头决定了金属粉流与激光束的夹角无法进一步减小，进而激光束与粉流的重合面积无法进一步增大，导致金属粉利用率难以提高；且在使用现有I类结构熔覆头时，经常发生金属粉过烧和严重氧化现象。

发明内容

本发明的目的是克服现有I类结构的熔覆头导致金属粉流与激光束的夹角无法进一步减小，导致金属粉利用率难以提高；以及在使用现有I类结构熔覆头的过程中，经常发生金属粉过烧和严重氧化现象的不足，而提供一种多束金属粉流与多束激光精准匹配的高速激光熔覆头。本发明将原I类结构熔覆头单束激光、多束粉流的结构形式改造为多束粉流与多束激光精确匹配的结构形式，使金属粉流与激光束一一对应，可以有效避免背景技术中提到的I类结构熔覆头所存在的技术问题，具有金属粉対激光的能量吸收率高且金属粉不易过烧的优点。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：一种多束金属粉流与多束激光精准匹配的高速激光熔覆头，其特殊之处在于，包括同轴上下依次设置的柱状固定座、过渡连接套和锥形送粉头；过渡连接套的两端分别与柱状固定座和锥形送粉头固连；过渡连接套连接柱状固定座一端的圆周设置至少两个用于通入保护气体的保护气孔；在柱状固定座上绕柱状固定座轴线设置至少两个用于激光通过的输光通孔，输光通孔的轴线与柱状固定座轴线夹角呈锐角；每个输光通孔的轴线均与柱状固定座轴线相交于同一点A；锥形送粉头的大端位于小端上方，其中部设有贯通的锥形孔；在锥形送粉头上绕锥形送粉头轴线设置至少两个用于输送金属粉料的输料通孔，输料通孔的轴线与锥形送粉头轴线夹角呈锐角；每个输料通孔的轴线均与锥形送粉头轴线相交于同一点B；交点A和交点B均位于锥形送粉头之外，且交点B位于交点A上方；输料通孔与输光通孔一一对应，两者轴线与柱状固定座的轴线三线共面。

进一步地，上述交点A和交点B之间的距离为1cm～10cm。

进一步地，为充分利用空间结构，同时使激光束与金属粉进行充分作用，上述输光通孔绕柱状固定座轴线均匀分布；所述输料通孔绕锥形送粉头轴线均匀分布。

进一步地，为保证熔覆头内保护气体平稳均匀输出，上述保护气孔均匀分布在过渡连接套的圆周。