[发明专利]一种具有外保护气结构的激光熔覆同轴送粉喷嘴

说明书

本发明提供一种具有外保护气结构的激光熔覆同轴送粉喷嘴，结构简单，对粉末起到良好保护和防扩散作用。本实施例的喷嘴包括锥形喷嘴本体，锥形喷嘴本体设有激光腔；激光腔的外侧设有至少两个沿周向均匀布置的送粉通道和至少两个沿周向均匀布置的保护气通道，保护气通道位于送粉通道的外侧；保护气通道出口中线的汇集焦点位于所述送粉通道出口中线的汇集焦点的下方。本实施例中，保护气通道位于送粉通道的外侧，且保护气通道的汇集焦点位于所述送粉通道的汇集焦点的下方，保护气通道喷出的保护气体在送粉通道喷出的粉末外侧形成气体屏障，隔绝了粉末与外界氧气，同时防止粉末扩散，可以有效的改善粉末在高温环境下发生氧化，提高粉末利用率。

技术领域

本发明涉及激光加工技术领域，具体来说，涉及一种具有外保护气结构的激光熔覆同轴送粉喷嘴。

背景技术

激光熔覆通过激光辐照在基体上形成熔池的同时在激光焦点上汇聚粉末，使金属粉末变为熔融状态，从而使金属粉末良好的与基体材料呈冶金结合状态，在需要进行表面改性或修复的区域逐层堆积，修复有缺陷的重要零件使其恢复为受损前的状态和性能，或对零件表面进行改性得到更好的机械性能及物理化学性能。

激光熔覆过程将粉末运输至被熔覆材料表面的方式主要有三种，分别是粉末预置法、侧向送粉法和同轴送粉法。同轴送粉这一送粉方式由于其优良的性能，被广泛应用于激光熔覆技术中。它与激光器联接在一起，可以实现粉末与激光的同步输送。该种送粉方式可以使基体材料与金属粉末同时与激光接触并同时熔化从而得到各向同性好、表面性能好的熔覆层。

激光熔覆同轴送粉喷嘴作为激光熔覆系统的重要零部件，其结构直接决定了粉末的汇聚性、粉末的利用率、粉末汇聚半径、粉末汇聚焦距等关键的送粉参数。同时，喷嘴的冷却效果对激光熔覆的精度有着很大的影响。

授权公告号为CN104694922B的中国专利公开了一种环孔式激光同轴送粉喷嘴。该发明提供一种结构简单、粉末流汇聚性高、在喷嘴一定倾斜时仍能获得均匀的粉末流、激光熔覆效率高的环孔式激光同轴送粉喷嘴。但是该装置的冷却系统存在缺陷，如图1所示，冷却水通过凹槽形成冷却通道，并且通过密封圈进行密封。首先，激光熔覆过程中的温度足以将密封圈熔化或者受到热胀冷缩作用而失效，一旦有水或者水蒸气进入激光和送粉作用区域，熔覆将会失败。除此之外，冷却系统不能在易热变形区域(即喷嘴底端)起到良好的冷却效果。

授权公告号为CN101264519B的中国专利公开了一种可调式激光同轴送粉喷嘴，该发明提供一种粉腔、气腔和焦距可调式激光同轴送粉喷嘴，具有较好的粉末汇聚效果、较高的粉末利用率、良好的水冷效果。但是该发明送粉装置存在问题，如图2所示，送粉管为均布的4-6根管道，但是下端却是锥形的，粉末喷出喷嘴的周向一致性很难受到控制。除此之外，保护气焦点在粉末焦点之上，所以在粉末还未聚焦之前已经被保护气吹散。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种具有外保护气结构的激光熔覆同轴送粉喷嘴，结构简单，对粉末起到良好保护和防扩散作用。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种具有外保护气结构的激光熔覆同轴送粉喷嘴，包括锥形喷嘴本体，所述锥形喷嘴本体设有用于安装激光熔覆头的激光腔；所述激光腔的外侧周向设有至少两个送粉通道和至少两个保护气通道，所述保护气通道位于送粉通道的外侧；所述保护气通道的出口与送粉通道的出口均设在锥形喷嘴本体的小径端面；所述保护气通道出口中线的汇集焦点位于所述送粉通道出口中线的汇集焦点的下方。

作为本发明实施例的进一步改进，所述送粉通道和保护气通道的数量均为三个。

作为本发明实施例的进一步改进，所述保护气通道中设有锥形金属管。

作为本发明实施例的进一步改进，所述保护气通道出口中线与锥形喷嘴本体的小径端面形成的夹角为35°。

作为本发明实施例的进一步改进，所述送粉通道出口中线与锥形喷嘴本体的小径端面形成的夹角为19°。