專利名稱：一種激光熔覆加工頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及激光熔覆技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是ー種激光熔覆加工頭。
背景技術(shù)：
激光熔覆是ー種表面改性技木。它通過在金屬基體表面添加熔覆材料，經(jīng)高能激光束輻照使熔覆材料與基體表面薄層一起熔凝，形成與基體冶金結(jié)合的涂覆層，具有硬度高、耐磨性好、抗腐蝕等特性。激光熔覆是拓寬和延伸傳統(tǒng)材料應(yīng)用領(lǐng)域的重要手段之一，在汽車エ業(yè)、航空航天、電カ電子、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域和制備新材料等方面展示出美好的應(yīng)用前景。激光熔覆的エ藝方法有兩種預(yù)置式和同步送粉式。隨著送粉激光熔覆軟硬件的開發(fā)和完善，同步送粉式激光熔覆已成為實際應(yīng)用的主流。送粉式激光熔覆的顯著特征是熔覆材料和基體材料同時加熱。加工質(zhì)量主要依賴的參數(shù)有激光功率密度、掃描速度、送粉量和粉末利用率。粉末利用率是衡量一個送粉系統(tǒng)的重要標志。在同樣的功率和光斑尺寸下，粉末利用率越高就越能熔覆出光滑、高質(zhì)量的熔覆層；反之，如果粉末利用率不夠高則經(jīng)常出現(xiàn)粘粉、結(jié)塊、高低不平等缺陷。因此粉末利用率是衡量一個激光熔覆頭的重要標
O另外，出于方向性的考慮，在大面積或復(fù)雜形狀表面的熔覆エ藝中通常采用同軸送粉熔覆頭，同軸送粉熔覆頭按粉末出ロ的形狀又分為環(huán)形同軸熔覆頭和多路送粉熔覆頭。這兩種熔覆頭各有優(yōu)劣，環(huán)形同軸熔覆頭粉末更容易獲得較小的粉末斑點(> O. 3mm)，但由于受重力的影響，這種送粉頭難以實現(xiàn)匯大角度的擺動，因而不適合3D熔覆的需要。

實用新型內(nèi)容針對上述問題，本實用新型的目的在于提供ー種激光熔覆加工頭。該激光熔覆加エ頭能適應(yīng)高粉末利用率、粉末匯聚好的3D熔覆的需要。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案—種激光熔覆加工頭，包括連接模塊、主體模塊及多個粉末噴嘴，其中連接模塊位于主體模塊的上方、并與主體模塊連接，所述連接模塊和主體模塊的內(nèi)部均具有供光束通過的同軸光腔，所述多個粉末噴嘴均布在主體模塊上、并所噴出的粉末聚焦在一起。所述連接模塊包括連接法蘭、上位連接板、外層套筒及上下調(diào)節(jié)機構(gòu)，其中連接法蘭的下端套設(shè)上下調(diào)節(jié)機構(gòu)、并與所述主體模塊連接，連接法蘭的上端套設(shè)所述外層套筒，所述外層套筒的上端與所述上位連接板連接，所述外層套筒的下端與上下調(diào)節(jié)機構(gòu)滑動連接。所述上下調(diào)節(jié)機構(gòu)包括調(diào)節(jié)螺母、調(diào)節(jié)旋板及C型套筒，其中調(diào)節(jié)螺母位于所述連接法蘭和外層套筒之間、并與連接法蘭螺紋連接，所述外層套筒的下端通過調(diào)節(jié)螺母的止ロ定位，所述調(diào)節(jié)旋板套設(shè)在外層套筒上、并上端卡在外層套筒下端的軸肩處，所述調(diào)節(jié)旋板的下端與調(diào)節(jié)螺母的軸肩連接；所述C型套筒位于連接法蘭和外層套筒之間、并位于調(diào)節(jié)螺母的上方，所述C型套筒與連接法蘭螺紋連接。所述調(diào)節(jié)旋板上端與外層套筒下端的軸肩之間設(shè)有滑套，所述外層套筒下端面與調(diào)節(jié)螺母的止ロ之間設(shè)有滑墊。所述主體模塊從上至下依次包括調(diào)中裝置、主體塊和保護氣噴嘴，所述調(diào)中裝置上設(shè)有保護氣通道，該保護氣通道與設(shè)置在主體模塊外部的保護氣進氣ロ連通，所述調(diào)中裝置與主體塊之間設(shè)有剖面呈L型的保護氣導(dǎo)向管，所述保護氣導(dǎo)向管的上部與所述調(diào)中裝置之間留有連通保護氣通道與保護氣噴嘴的縫隙；所述多個粉末噴嘴均布在主體塊上，每個粉末噴嘴均與設(shè)置在所述主體模塊外部所對應(yīng)的粉末入口同軸。所述保護氣導(dǎo)向管的下部與主體塊之間設(shè)有水冷腔，該水冷腔與設(shè)置在主體模塊外部的冷卻水接ロ連通。所述保護氣導(dǎo)向管的上部為以ー個圓弧過渡的光滑曲面。所述調(diào)中裝置包括保護氣均壓塊、調(diào)中塊及調(diào)中塊蓋板，其中保護氣均壓塊容置在調(diào)中塊的下部腔體內(nèi)，所述保護氣均壓塊與調(diào)中塊的內(nèi)壁之間設(shè)有所述保護氣通道，所述調(diào)中塊的上端與調(diào)中塊蓋板連接，所述調(diào)中塊的上部腔體與調(diào)中塊蓋板圍成調(diào)中腔體，該調(diào)中腔體與連接模塊連接。所述保護氣通道為上寬下窄的形狀，所述保護氣均壓塊的底部縫隙出口處為向上的斜面。 所述粉末噴嘴為四個、并采用CO2焊接導(dǎo)電嘴。本實用新型的優(yōu)點及有益效果是I.本實用新型是能適應(yīng)高粉末利用率、粉末匯聚好的3D熔覆需要。2.本實用新型實現(xiàn)調(diào)整粉末匯聚點和激光光束同軸、并沿光軸無極可調(diào)。3.本實用新型操作簡單方便，使用穩(wěn)定，能夠?qū)崿F(xiàn)長時間的激光熔覆エ藝。

圖I為本實用新型的整體外形圖；圖2為圖I的剖視圖；圖3為本實用新型主體模塊的剖視圖；圖4為本實用新型連接模塊的剖視圖；圖5為本實用新型連接模塊抱死結(jié)構(gòu)示意圖；其中1為連接模塊；101為上位連接板；102為外層套筒；103為C型套筒；104為調(diào)節(jié)旋板；105為螺釘I ;106為調(diào)節(jié)螺母；107為滑墊；108為滑套；109為螺釘II ; 110為連接法蘭；111為緊定螺釘；112為止動銷；2為主體模塊；201為主體塊；202為保護氣噴嘴；203保護氣導(dǎo)向管；204為密封圈I ;205為密封圈II ；206為保護氣均壓塊；207為密封圈III ;208為調(diào)中塊；209為調(diào)中螺釘；210為調(diào)中塊蓋板；3為粉末入口 ；4為保護氣進氣ロ ；5為冷卻水接ロ ；6為粉末噴嘴。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進ー步描述。如圖I所示，本實用新型包括連接模塊I、主體模塊2及多個粉末噴嘴6，其中連接模塊I位于主體模塊2的上方、并與主體模塊2連接，所述連接模塊I和主體模塊2的內(nèi)部均具有供光束通過的同軸光腔。主體模塊2的外圍設(shè)有粉末入口 3、保護氣進氣ロ 4及冷卻水接ロ 5，主體模塊2的腔體壁上均布有多個粉末噴嘴6、并所噴出的粉末聚焦在一起。每個粉末噴嘴6與設(shè)置在主體模塊2外部所對應(yīng)的粉末入口 3同軸，可以保證粉末通道的暢通，保證粉末的匯聚質(zhì)量。本實施例粉末噴嘴6采用相互獨立的四個CO2焊接導(dǎo)電嘴，利用導(dǎo)電嘴自帶的直ロ保證每個噴嘴的裝配精度，進而保證粉末束的匯聚性能并適應(yīng)3D熔覆的需要。粉束焦點直徑為3mm，噴距為15mm，適應(yīng)激光的功率為6KW。如圖2、圖4、圖5所示，連接模塊I包括連接法蘭110、上位連接板101、外層套筒102及上下調(diào)節(jié)機構(gòu)，其中連接法蘭110的下端套設(shè)有上下調(diào)節(jié)機構(gòu)、并與主體模塊2連接，連接法蘭110的上端套設(shè)外層套筒102，外層套筒102的上端通過螺釘II109與上位連接板101連接，外層套筒102的下端與上下調(diào)節(jié)機構(gòu)滑動連接。上下調(diào)節(jié)機構(gòu)包括調(diào)節(jié)螺母106、調(diào)節(jié)旋板104及C型套筒103，其中調(diào)節(jié)螺母106位于連接法蘭Iio和外層套筒102之間、并與連接法蘭110螺紋連接，外層套筒102的下端通過調(diào)節(jié)螺母106的止ロ定位。調(diào)節(jié)旋板104套設(shè)在外層套筒102上、并上端卡在外層套筒 102的軸肩處，調(diào)節(jié)旋板104的下端通過螺釘1105與調(diào)節(jié)螺母106的軸肩固定連接，以實現(xiàn)上下調(diào)節(jié)機構(gòu)的軸向固定。調(diào)節(jié)旋板104的上端與外層套筒102下端的軸肩之間設(shè)有滑套108，外層套筒102的下端面與調(diào)節(jié)螺母106的止口上的溝槽之間設(shè)有滑墊107。滑套108和滑墊107減少轉(zhuǎn)動時的摩擦力，保證運動精度。滑套108和滑墊107均采用POM材料，保證調(diào)節(jié)螺母106的旋轉(zhuǎn)精度和潤滑性；上下調(diào)節(jié)機構(gòu)通過與調(diào)節(jié)螺母106固定的調(diào)節(jié)旋板104，帶動調(diào)節(jié)螺母106旋轉(zhuǎn)，連接法蘭110沿導(dǎo)向區(qū)間將隨之上下移動，在調(diào)節(jié)螺母106上設(shè)置一段導(dǎo)向區(qū)間與連接法蘭110的中部導(dǎo)向面配合，保證連接法蘭110的運動精度。外層套筒102上設(shè)有止動銷112，當連接法蘭110的位置確定后、通過止動銷112將外層套筒102與連接法蘭110連接，來防止連接法蘭110轉(zhuǎn)動。C型套筒103位于連接法蘭110和外層套筒102之間、并位于的調(diào)節(jié)螺母106的上方，C型套筒103與連接法蘭110螺紋連接，在C型套筒103的邊設(shè)有緊定螺釘111。在外層套筒102的側(cè)壁上與緊定螺釘111相對應(yīng)處設(shè)有操作通孔。C型套筒103采用黃銅材料，當主體模塊2調(diào)整到預(yù)定的位置后，通過外層套筒102側(cè)壁上的操作通孔、用緊定螺釘111將C型套筒103的邊頂至變形，以此將螺紋抱緊，保證熔覆過程中的穩(wěn)定性。如圖3所示，主體模塊2從上至下依次包括調(diào)中裝置、主體塊201和保護氣噴嘴202，所述調(diào)中裝置上設(shè)有保護氣通道，保護氣通道與設(shè)置在主體模塊2外部的兩個保護氣進氣ロ 4連通。所述調(diào)中裝置與主體塊201之間設(shè)有剖面呈L型的保護氣導(dǎo)向管203，保護氣導(dǎo)向管203的上部與所述調(diào)中裝置之間留有連通保護氣通道與保護氣噴嘴202的縫隙，該縫隙為O. 2mm。保護氣導(dǎo)向管203的上部為以ー個圓弧過渡的光滑曲面，該縫隙出ロ處的光滑曲面保證氣體能夠按照科恩達效應(yīng)的原理沿曲面向下吹向工作區(qū)域。保護氣導(dǎo)向管203的下部與主體塊201之間設(shè)有水冷腔，保護氣導(dǎo)向管203的上、下端與主體塊201接觸的地方分別設(shè)有密封圈II205和密封圈I 204，主體塊201、保護氣導(dǎo)向管203、密封圈II205及密封圈1204共同形成一個密閉的水冷腔。該水冷腔與設(shè)置在主體模塊2外部的兩個冷卻水接ロ 5連通。水冷腔距離粉末噴嘴6底部較近，能夠保證冷卻效果，保證熔覆エ藝過程中粉末噴嘴6不會過熱而粘粉或者被燒毀。多個粉末噴嘴6均布在主體塊201的腔體上，相鄰粉末噴嘴6之間的夾角為60°。所述調(diào)中裝置包括保護氣均壓塊206、調(diào)中塊208及調(diào)中塊蓋板210，其中保護氣均壓塊206容置在調(diào)中塊208的下部腔體內(nèi)，保護氣均壓塊206與調(diào)中塊208的內(nèi)壁之間設(shè)有所述保護氣通道，保護氣通道為上寬下窄的形狀，保護氣均壓塊206的底部縫隙出口處為向上的斜面，縫隙出口處向下是保護氣導(dǎo)向管203的光滑弧面。氣體通過主體模塊2外部的兩個保護氣進氣ロ 4進入保護氣通道，由于保護氣通道形狀的上寬下窄，氣體能夠在保護氣通道內(nèi)充分的擴散、均衡，保證出口處的氣流均勻、并以較高的速度流出。根據(jù)氣體的趨膚效應(yīng)原理，這個較高速度的氣體將被周圍的空氣沿著保護氣導(dǎo)向管203的上部的光滑曲面帶動進入光腔，最后經(jīng)過光腔減速后由保護氣噴嘴202噴出，保證熔池不被氧化，同時確保熔覆エ藝中產(chǎn)生的飛濺無法沿光軸進入加工頭內(nèi)部，防止加工頭出現(xiàn)危險。而保護氣均壓塊206的底部縫隙出口處向上的斜面，保證上方有一定的壓力，阻止加工頭上面的空氣向下擠壓降低保護氣的純度；調(diào)中塊208的上端與調(diào)中塊蓋板210連接，調(diào)中塊208的上部腔體與調(diào)中塊蓋板210圍成調(diào)中腔體，該調(diào)中腔體的直徑大于連接法蘭110的外壁直徑。連接法蘭110的下端軸肩放置于調(diào)中腔體中、并通過四個互成90°設(shè)置的調(diào)中螺釘 109與調(diào)中塊208連接，通過調(diào)中螺釘109調(diào)整粉末焦點的位置，使其與光軸同軸。本實用新型實現(xiàn)調(diào)整粉末匯聚點和激光光束同軸、并沿光軸無極可調(diào)。操作簡單方便，使用穩(wěn)定，能夠?qū)崿F(xiàn)長時間的激光熔覆エ藝。
權(quán)利要求1.ー種激光熔覆加工頭，其特征在干包括連接模塊(I)、主體模塊(2)及多個粉末噴嘴(6)，其中連接模塊(I)位于主體模塊(2)的上方、并與主體模塊(2)連接，所述連接模塊(I)和主體模塊(2)的內(nèi)部均具有供光束通過的同軸光腔，所述多個粉末噴嘴(6)均布在主體模塊(2)上、并所噴出的粉末聚焦在一起。
2.按權(quán)利要求I所述的激光熔覆加工頭，其特征在于所述連接模塊(I)包括連接法蘭(110)、上位連接板(101)、外層套筒(102)及上下調(diào)節(jié)機構(gòu)，其中連接法蘭(110)的下端套設(shè)上下調(diào)節(jié)機構(gòu)、并與所述主體模塊(2)連接，連接法蘭(110)的上端套設(shè)所述外層套筒(102)，所述外層套筒(102)的上端與所述上位連接板(101)連接，所述外層套筒(102)的下端與上下調(diào)節(jié)機構(gòu)滑動連接。
3.按權(quán)利要求2所述的激光熔覆加工頭，其特征在于所述上下調(diào)節(jié)機構(gòu)包括調(diào)節(jié)螺母(106)、調(diào)節(jié)旋板(104)及C型套筒(103)，其中調(diào)節(jié)螺母(106)位于所述連接法蘭(110)和外層套筒(102)之間、并與連接法蘭(110)螺紋連接，所述外層套筒(102)的下端通過調(diào)節(jié)螺母(106)的止ロ定位，所述調(diào)節(jié)旋板(104)套設(shè)在外層套筒(102)上、并上端卡在外層套筒(102)下端的軸肩處，所述調(diào)節(jié)旋板(104)的下端與調(diào)節(jié)螺母(106)的軸肩連接；所述C型套筒(103)位于連接法蘭(110)和外層套筒(102)之間、并位于調(diào)節(jié)螺母(106)的上方，所述C型套筒(103)與連接法蘭(110)螺紋連接。
4.按權(quán)利要求3所述的激光熔覆加工頭，其特征在干所述調(diào)節(jié)旋板(104)上端與外層套筒(102)下端的軸肩之間設(shè)有滑套(108)，所述外層套筒(102)下端面與調(diào)節(jié)螺母(106)的止ロ之間設(shè)有滑墊(107)。
5.按權(quán)利要求I所述的激光熔覆加工頭，其特征在于所述主體模塊(2)從上至下依次包括調(diào)中裝置、主體塊(201)和保護氣噴嘴(202)，所述調(diào)中裝置上設(shè)有保護氣通道，該保護氣通道與設(shè)置在主體模塊(2)外部的保護氣進氣ロ(4)連通，所述調(diào)中裝置與主體塊(201)之間設(shè)有剖面呈L型的保護氣導(dǎo)向管(203)，所述保護氣導(dǎo)向管(203)的上部與所述調(diào)中裝置之間留有連通保護氣通道與保護氣噴嘴(202)的縫隙；所述多個粉末噴嘴(6)均布在主體塊(201)上，每個粉末噴嘴(6)均與設(shè)置在所述主體模塊(2)外部所對應(yīng)的粉末入口⑶同軸。
6.按權(quán)利要求5所述的激光熔覆加工頭，其特征在干所述保護氣導(dǎo)向管(203)的下部與主體塊(201)之間設(shè)有水冷腔，該水冷腔與設(shè)置在主體模塊(2)外部的冷卻水接ロ(5)連通。
7.按權(quán)利要求5所述的激光熔覆加工頭，其特征在干所述保護氣導(dǎo)向管(203)的上部為以ー個圓弧過渡的光滑曲面。
8.按權(quán)利要求5所述的激光熔覆加工頭，其特征在于所述調(diào)中裝置包括保護氣均壓塊(206)、調(diào)中塊(208)及調(diào)中塊蓋板(210)，其中保護氣均壓塊(206)容置在調(diào)中塊(208)的下部腔體內(nèi)，所述保護氣均壓塊(206)與調(diào)中塊(208)的內(nèi)壁之間設(shè)有所述保護氣通道，所述調(diào)中塊(208)的上端與調(diào)中塊蓋板(210)連接，所述調(diào)中塊(208)的上部腔體與調(diào)中塊蓋板(210)圍成調(diào)中腔體，該調(diào)中腔體與連接模塊(I)連接。
9.按權(quán)利要求8所述的激光熔覆加工頭，其特征在于所述保護氣通道為上寬下窄的形狀，所述保護氣均壓塊(206)的底部縫隙出口處為向上的斜面。
10.按權(quán)利要求I所述的激光熔覆加工頭，其特征在干所述粉末噴嘴(6)為四個、并采用CO2焊接導(dǎo) 電嘴。
專利摘要本實用新型涉及激光熔覆技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種激光熔覆加工頭。包括連接模塊、主體模塊及多個粉末噴嘴，其中連接模塊位于主體模塊的上方、并與主體模塊連接，所述連接模塊和主體模塊的內(nèi)部均具有供光束通過的同軸光腔，所述多個粉末噴嘴均布在主體模塊上、并所噴出的粉末聚焦在一起。所述連接模塊包括連接法蘭、上位連接板、外層套筒及上下調(diào)節(jié)機構(gòu)，其中連接法蘭的下端套設(shè)上下調(diào)節(jié)機構(gòu)、并與所述主體模塊連接，連接法蘭的上端套設(shè)所述外層套筒，所述外層套筒的上端與所述上位連接板連接，所述外層套筒的下端與上下調(diào)節(jié)機構(gòu)滑動連接。本實用新型能適應(yīng)高粉末利用率、粉末匯聚好的3D熔覆的需要。
文檔編號C23C24/10GK202643843SQ20122027625
公開日2013年1月2日 申請日期2012年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月12日
發(fā)明者謝霞, 王瑞澤, 范衛(wèi)國, 孫曉玉 申請人:沈陽新松機器人自動化股份有限公司