[发明专利]一种一体式激光熔覆同轴送粉喷嘴

说明书

本发明涉及激光熔覆技术领域，特别涉及一种一体式激光熔覆同轴送粉喷嘴，包括一体成型的主体，主体具有顶壁、外壁和底壁，底壁中心开设有通孔，顶壁中心位置具有开口，开口边缘向下延伸与通孔侧壁相接从而形成激光束通道，顶壁、外壁、底壁和激光束通道的侧壁合围形成空腔，空腔内穿设有粉末通道，粉末通道露在主体外部的部分设有进口，底壁开设有与粉末通道连通的粉末出口；空腔内还设有充入惰性气体的气体通道，气体通道在主体的外部设有气体进口，底壁上设有与气体通道连通的气体出口；主体上还设有冷却水通道，喷嘴主体采用一体式结构的设计与加工，可以保证喷嘴再冷热交替情况下，变形一致不会出现松动脱落等失效现象。

技术领域

本发明涉及激光熔覆技术领域，特别涉及一种一体式激光熔覆同轴送粉喷嘴。

背景技术

激光熔覆(Laser Cladding)是指以不同的填料方式在被涂覆基体表面上放置选择的涂层材料，经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低并与基体材料成冶金结合的表面涂层，从而显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性等的工艺方法。其涂层材料形态通常包括丝或粉末。为追求更高熔覆精度与质量，目前普遍以粉末为材料。粉末材料的添加方法主要包括预置、旁轴送粉和同轴送粉等。粉末预制也称粉末预涂法，它需要在激光熔覆前把粉末材料用粘结剂混合并涂在基材表面，然后利用激光束扫描来熔化。其缺点是操作复杂、工序多且易产生气孔或其它缺陷。旁轴送粉也称侧向送粉，它是在激光束通道外，通过一额外送粉管来添加粉末到熔池区。该方法虽然可实现粉末与基材同时熔化，但激光束与送给的粉末作用区重合程度难以掌握，易出现偏离，从而导致粉末利用率低。另外，旁轴送粉无法克服因激光束和粉末输入的不对称而带来的对扫描方向限制的缺点，因而不能实现全方位熔覆，也不适用轨迹复杂的熔覆。同轴送粉是目前较为先进的激光熔覆送粉技术，是指粉末通道与激光通道同轴耦合输出，所以能方便地使落粉与激光束汇聚点相重合，同时也有效的克服了旁轴送粉方式对扫描方向限制的缺陷，能够适应全方位的熔覆需求。同轴送粉熔覆过程中，熔覆层的气孔产生少，粉末是单独熔化，汇聚产生的“粉末云”可明显降低激光的通透率，使粉末的升温高于基材，所以粉末熔化时的过热度与熔体凝固时的过冷度，会产生更大的结晶相变驱动力，降低稀释率，减少激光的热影响区范围提高熔覆层的质量。

同轴送粉喷嘴是同轴送粉装置里的核心部件。送粉过程要求粉末准确、稳定、均匀地落入激光束位置；为保证熔覆质量还要求有惰性气体保护熔池区；为保护送粉装置自身要求具备冷却效果以克服熔覆过程中的高温；同时还要求提高加工效率和降低加工成本。目前常见的同轴送粉喷嘴结构相似，均为圆锥形外状，其中间为激光通道，激光通道外有多路圆孔状粉末通道。一些较为先进的同轴送粉喷嘴还含有冷却水道与保护气体的通道。这些同轴送粉喷嘴或在某些方面、或部分地满足了以上要求。但它们仍然不能解决一些实际应用中的问题：1，现有同轴送粉喷嘴多为3个、4个或6个圆孔状粉末通道环绕于熔池区上方，但在激光熔覆工艺实施过程中，粉末材料落下造成粉斑，经常分散为3个、4个或6个圆孔状小粉斑，且有的部位粉斑重叠，有的部位粉斑有间隙，不能完整均匀地包覆激光光斑，这样因为落粉重叠和不均匀会造成熔覆粉末与基体表面无法形成良好一致的冶金结合，从而影响熔覆质量与效果。2，激光束在基体表面产生的反射会产生高温而损坏喷嘴。3，现有水冷通道受传统机械加工工艺限制，多为直通型水道，导致冷却效果低下，不能完全冷却喷嘴下端。所以尽管有了冷却水道，喷嘴仍会被反射高温损坏。4，保护镜玻璃经常因经由激光通道传上来的高温气体而造成玻璃破裂。5，在未加粉末通道载气条件下，粉末经粉末通道出口落下不能很好地与激光光斑重合。6，粉末通道末端的出口因为靠近熔覆区，由于溅射的高温粉末颗粒容易堵塞出粉口，并在出粉通道处熔化而能够，从而导致整个喷嘴费失效。7，现有喷嘴大多为分体结构，其粉末通道、惰性气体通道和冷却水道均未分体的机加工部件组合而成，在应用中因受热会产生不一致的变形，从而也会导致喷嘴的部分功能失效。

发明内容

为了解决现有技术存在的分体式喷嘴受热变形不一致的缺陷，本发明提供一种变形一致不会出现松动脱落的一体式激光熔覆同轴送粉喷嘴。