[发明专利]一种超音速激光沉积喷枪、激光沉积装置与激光沉积方法

权利要求书

1.一种超音速激光沉积喷枪，其特征在于，所述超音速激光沉积喷枪的前端形成有超音速激光沉积喷嘴，所述超音速激光沉积喷嘴内形成有激光束通道（15）和粉气混合束通道（13），其中所述激光束通道（15）沿所述超音速激光沉积喷嘴的中心轴线延伸，所述粉气混合束通道（13）沿所述激光束通道的外周分布，所述粉气混合束通道（13）具有拉瓦尔喷管结构；

具体的所述超音速激光沉积喷嘴整体包括锥形外壳（14）和内部隔板（16），所述锥形外壳（14）设置于所述内部隔板（16）的外围，所述激光束通道（15）形成于所述内部隔板（16）内，所述粉气混合束通道（13）形成于所述内部隔板（16）和锥形外壳（14）之间，所述粉气混合束通道（13）包括收缩部、窄喉部和扩张部，所述收缩部的内径由大变小，所述窄喉部作为中间最窄部位，所述扩张部的内径由小变大，所述收缩部与扩张部用窄喉部连接；

所述窄喉部具有圆弧结构，且窄喉部的最小直径在1-5mm之间；所述收缩部入口的最小直径在5-20mm之间，所述收缩部的内壁面相对于中心轴的角度为15°-60°，所述扩张部出口的最小直径在3-15mm，所述扩张部的内壁面相对于中心轴的角度为10°-60°；所述粉气混合束通道（13）的收缩部的后端开口作为高压粉气送粉口（18），所述高压粉气送粉口（18）连接于外部的送粉器（6）和高压气源（7），由所述高压粉气送粉口（18）和粉气混合束通道（13）组成高压送粉粉气混合束通道；所述粉气混合束通道（13）的窄喉部的下端横向向外连通有低压粉气送粉口（17），所述低压粉气送粉口（17）横向延伸至所述锥形外壳（14）表面，所述低压粉气送粉口（17）连接于外部的送粉器（6）和高压气源（7），由所述低压粉气送粉口（17）和粉气混合束通道（13）组成低压送粉粉气混合束通道；

所述超音速激光沉积喷嘴整体具有前后端截平的中空倒置圆台形结构，所述锥形外壳（14）的外壁面形成倒置圆锥面，所述内部隔板（16）的内部形成倒置圆锥形中空通道，并作为所述激光束通道（15），所述激光束通道（15）的中心轴线与锥形外壳的中心轴线共线，所述激光束通道（15）的锥形角度为15-45°，所述锥形外壳（14）的锥形角度为15-60°，所述粉气混合束通道的中心轴线与所述激光束通道（15）的中心轴线之间的夹角处于5-45°；所述锥形外壳（14）和内部隔板（16）的前端和后端分别截平，所述锥形外壳（14）的前端最小直径在30-100mm之间，所述激光束通道的前端最小直径在1-3mm之间，所述粉气混合束通道的横截面呈圆形，且所述粉气混合束通道的内径范围为3-10mm。

2.根据权利要求1所述的超音速激光沉积喷枪，其特征在于，还包括有水冷系统（19），所述水冷系统（19）设置于所述锥形外壳（14）和内部隔板（16）之间，并处于所述粉气混合束通道（13）的外围。

3.根据权利要求1所述的超音速激光沉积喷枪，其特征在于，所述锥形外壳（14）和内部隔板（16）为一体连接结构，在所述锥形外壳（14）和内部隔板（16）之间沿所述激光束通道的外周均匀分布有多个所述粉气混合束通道（13），所述粉气混合束通道为通过螺栓连接于所述锥形外壳和内部隔板之间的拉瓦尔喷管。

4.一种超音速激光沉积装置，其特征在于，包括：冷水机（1）、激光发生器（2）、机床床身（3）、激光加工头（4）、送粉器（6）、高压气源（7）和权利要求1-3任一项所述的超音速激光沉积喷枪（5），所述冷水机（1）通过水管连接于所述激光发生器（2）和超音速激光沉积喷枪（5），所述激光发生器（2）的激光输出端通过传输光纤连接于所述激光加工头（4），所述激光加工头（4）连接于所述超音速激光沉积喷枪（5），所述高压气源（7）通过气管连接于所述超音速激光沉积喷枪（5），所述送粉器（6）通过粉管连接于所述超音速激光沉积喷枪（5），所述机床床身（3）用于固定待加工工件。