專利名稱：用于激光熔覆的一體化同軸噴頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于激光熔覆的一體化同軸噴頭，屬于激光熔覆領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
激光熔覆即高能激光表面熔覆，其物理過程為，在高能激光光束的照射下，基材表面被迅速融化，液態(tài) 的金屬形成一個小規(guī)模的熔池，在這個熔池中，原本的金屬材料與被添加的粉末相互混合，形成一層新的液態(tài)金屬層，待激光光束經(jīng)過以后，熔池的溫度降低，液態(tài)金屬迅速冷卻，在金屬表面形成一層新的固態(tài)熔覆層。激光熔覆可極大的改變該關(guān)鍵部位的金屬性能，如硬度、耐磨性、耐熱性、抗腐蝕性等。當今工業(yè)界在激光熔覆應(yīng)用上的主要送粉技術(shù)為旁軸噴粉，但由于旁軸噴粉屬于分體式噴頭，需要兩個噴頭同時協(xié)作，非常不利于復雜表面的加工，因此同軸化噴粉成為新的發(fā)展方向。近年來，在同軸化噴粉的基礎(chǔ)上，保護氣體也被加入同軸化設(shè)計，產(chǎn)生了粉末噴射、保護氣體一體化同軸的技術(shù)。如附圖I顯示了一種噴粉、保護氣體一體化同軸的噴頭。然而在國際上，由于一體化同軸噴頭的設(shè)計尚未完善，因此該技術(shù)還有很長的一段發(fā)展期。如附圖I中的一體化同軸噴頭，它具有開設(shè)在該噴頭的中央的激光通道2、開設(shè)在激光通道2周圍的多個粉末通道3、開設(shè)在粉末通道3外圍的保護氣體通道4，激光通道2、粉末通道3和保護氣體通道4均相對獨立，互不連通。激光、粉末、保護氣體從各自通道噴射出噴頭后匯聚在一起并在待熔覆的加工件表面進行熔覆?，F(xiàn)有技術(shù)中的粉末通道如附圖I中所示均為直通道，繞激光通道2的中心軸均勻分布，各通道噴射出的粉末流分別集中在各自的噴射區(qū)域，很難形成密度均勻的粉末流場，且各粉末流的匯聚點到噴頭底端的距離較遠，從而影響熔覆效果，激光熔池的張力、熔融比例、熔覆高度等一系列熔覆結(jié)果都難以得到控制。
發(fā)明內(nèi)容為了解決上述問題，本實用新型的目的在于提供一種用于激光熔覆的及冷卻功能一體化的同軸噴頭。為了達到以上目的，本實用新型采用的技術(shù)方案是一種用于激光熔覆的一體化同軸噴頭，它具有開設(shè)在該噴頭中央的上下貫通噴頭的中央通道，中央通道的底部呈漏斗形，在中央通道的外壁與噴頭的外壁之間開設(shè)有粉末總通道，該粉末總通道包括位于噴頭下部的貫穿噴頭底面的混合通道、多個一端與粉末添加裝置相連接另一端與混合通道相連通的呈螺旋形的第一通道，混合通道呈漏斗形，且其垂直于中央通道中心軸的截面為環(huán)形。進一步地，混合通道在中央通道中心軸方向上的高度為5cm 8cm。優(yōu)選地，第一通道呈螺旋形。更優(yōu)地，第一通道的旋轉(zhuǎn)角位移為170° 280°。進一步地，混合通道的中心軸與中央通道的中心軸相重合。[0011]更進一步地，多個第一通道繞中央通道的中心軸均勻分布。[0012]進一步地，噴頭上開設(shè)有與中央通道相連通的保護氣體入口，且多個保護氣體入口位于保護鏡片的下方，激光通過保護鏡片進入噴頭的中央通道，高壓保護氣體通過保護氣體入口進入中央通道，并在中央通道內(nèi)形成自上而下的流動風從中央通道噴射出，并與從第一通道噴射出的粉末混合，到達待熔覆的加工件基材表面。更進一步地，多個保護氣體入口繞中央通道的中心軸均勻分布。更進一步地，保護氣體入口與中央通道相連接處在豎直方向上距離噴頭底端大于等于5cm。本實用新型用于激光熔覆的一體化同軸噴頭，通過將原有的直線形的粉末通道設(shè)計成多個螺旋形通道和漏斗形通道兩部分，粉末從各個第一通道噴射出進入混合通道進行混合，再從混合通道底端的環(huán)形口噴射出噴頭形成粉末流場，粉末流場在繞軸向360°內(nèi)呈完全對稱分布，流場整體均勻性大大提高，且粉末流場更加集中、密度增大，粉末流場的最小匯聚點與噴頭底端的距離縮短，從而改善了激光熔池的張力、熔融比例、熔覆高度等一系列熔覆結(jié)果。

附圖I為現(xiàn)有技術(shù)中的噴頭的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2為本實用新型用于激光熔覆的一體化同軸噴頭的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標號為I、噴頭；2、激光通道；3、粉末通道；4、保護氣體通道；5、保護氣體入口 ；6、激光束；
7、加工件基材；8、熔覆層；9、保護鏡片；10、第一腔；11、第二腔；12、聚焦鏡片；13、激光頭；14、第一通道；15、混合通道。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的較佳實施例進行詳細闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對本實用新型的保護范圍做出更為清楚明確的界定。從附圖2的結(jié)構(gòu)示意圖可以看出，本實施例提供了一種用于激光熔覆的一體化同軸噴頭，它具有開設(shè)在該噴頭I中央的上下貫通噴頭I的中央通道，中央通道的底部呈漏斗形，在中央通道的外壁與噴頭I的外壁之間開設(shè)有粉末總通道，該粉末總通道包括位于噴頭I下部的貫穿噴頭I底面的混合通道15、多個一端與粉末添加裝置相連接另一端與混合通道15相連通的第一通道14，混合通道15呈漏斗形，且其垂直于中央通道中心軸的截面為環(huán)形。中央通道包括位于第一腔10和位于第一腔10下方并與第一腔10相連通的第二腔11，中央通道的第一腔10與第二腔11的軸心線相重合，第一腔10的為圓柱形或漏斗形，且第一腔10的底端口徑小于等于第二腔11的頂端口徑。第二腔11呈漏斗形，一方面防止粉末從第二腔11底端口進入中央通道，另一方面縮小保護氣體噴出時的噴射范圍。保護氣體入口 5的一端與保護氣體填充裝置相連接，另一端與中央通道相連通。保護氣體入口 5的數(shù)量優(yōu)選為3或4個，保護氣體入口 5位于保護鏡片9的下方，以防止粉末污染保護鏡片9。多個保護氣體入口 5繞第一腔10的中心軸均勻分布，以使保護氣體在中央通道內(nèi)形成風向穩(wěn)定的流動風。保護氣體入口 5與中央通道相連接處在豎直方向上距離噴頭I底端大于等于5cm，以保證保護氣體從中央通道噴出前在其內(nèi)形成風向穩(wěn)定的流動風，進而確保粉末不被沖進中央通道，同時也可保證保護氣體從中央通道噴射出后與粉末充分混合。本實施例中的保護氣體入口 5與中央通道的第一腔10相連通，如能保證上述的5cm的距離，保護氣體入口5也可開設(shè)在于第二腔11相連通。第一通道14優(yōu)選為3或4條，并繞中央通道的中心軸均勻分布，附圖2中只畫出一條以示說明。第一通道14呈螺旋形，且旋轉(zhuǎn)角位移為170° 280°，角位移大小取決于第一通道14的粉末入口至噴頭低端的垂直長度，角位移過大會造成粉末在通道內(nèi)流動 不暢，甚至造成堵塞，而角位移過小則對現(xiàn)有技術(shù)改善效果不明顯。第一通道14的粉末入口處的尺寸大于粉末出口處的尺寸，以增加粉末噴射出噴頭時的壓力?；旌贤ǖ?5的中心軸與中央通道的中心軸相重合，混合通道15在中央通道中心軸方向上的高度為5cm 8cm，如果該高度過小粉末不能充分混合，如果低于該高度過高一方面會影響混合通道15的傾斜角度，進而影響粉末流場的最小匯聚點與噴頭底端的距離，另一方面粉末的消耗量會較大。激光頭13發(fā)出激光束6，激光束6經(jīng)過聚焦鏡片12和保護鏡片9進入中央通道的第一腔10，高壓保護氣體從保護氣體入口 5中央通道，并在中央通道內(nèi)形成自上而下的流動風從中央通道噴射出，粉末從各個第一通道14噴射出進入混合通道15進行混合，再從混合通道15底端的環(huán)形口噴射出噴頭形成粉末流場，激光、保護氣體、粉末共同到達待熔覆的加工件表面。通過將原有的直線形的粉末通道3設(shè)計成多個螺旋形的第一通道14和漏斗形的混合通道15，粉末流場在繞軸向360°內(nèi)呈完全對稱分布，流場整體均勻性大大提高，且粉末流場更加集中、密度增大，粉末流場的最小匯聚點與噴頭底端的距離縮短，從而改善了激光熔池的張力、熔融比例、熔覆高度等一系列熔覆結(jié)果。上述實施例只為說明本實用新型的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人士能夠了解本實用新型的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本實用新型的保護范圍。凡根據(jù)本實用新型精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種用于激光熔覆的一體化同軸噴頭，其特征在于它具有開設(shè)在該噴頭(I)中央的上下貫通噴頭(I)的中央通道，所述的中央通道的底部呈漏斗形，在中央通道的外壁與噴頭(I)的外壁之間開設(shè)有粉末總通道，該粉末總通道包括位于噴頭(I)下部的貫穿噴頭(I)底面的混合通道(15)、多個一端與粉末添加裝置相連接另一端與所述混合通道(15)相連通的第一通道(14)，所述的混合通道(15)呈漏斗形，且其垂直于所述中央通道中心軸的截面為環(huán)形。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于激光熔覆的一體化同軸噴頭，其特征在于所述的混合通道(15)在所述中央通道中心軸方向上的高度為5cm 8cm。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于激光熔覆的一體化同軸噴頭，其特征在于所述的第一通道(14)呈螺旋形。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于激光熔覆的一體化同軸噴頭，其特征在于所述的第一通道(14)的旋轉(zhuǎn)角位移為170° 280°。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于激光熔覆的一體化同軸噴頭，其特征在于所述的混合通道(15 )的中心軸與所述中央通道的中心軸相重合。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于激光熔覆的一體化同軸噴頭，其特征在于所述的多個第一通道(14 )繞所述中央通道的中心軸均勻分布。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于激光熔覆的一體化同軸噴頭，其特征在于所述噴頭(I)上開設(shè)有與所述中央通道相連通的保護氣體入口(5)，且所述的多個保護氣體入口(5)位于保護鏡片(9)的下方。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于激光熔覆的一體化同軸噴頭，其特征在于所述的多個保護氣體入口(5)繞所述中央通道的中心軸均勻分布。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于激光熔覆的一體化同軸噴頭，其特征在于所述的保護氣體入口(5)與中央通道相連接處在豎直方向上距離噴頭(I)底端大于等于5cm。
專利摘要本實用新型公開了一種用于激光熔覆的一體化同軸噴頭，它具有開設(shè)在該噴頭中央的上下貫通噴頭的中央通道，中央通道的底部呈漏斗形，在中央通道的外壁與噴頭的外壁之間開設(shè)有粉末總通道，該粉末總通道包括位于噴頭下部的貫穿噴頭底面的混合通道、多個一端與粉末添加裝置相連接另一端與混合通道相連通的呈螺旋形的第一通道，混合通道呈漏斗形，且其垂直于中央通道中心軸的截面為環(huán)形。粉末從各個第一通道噴射出進入混合通道進行混合，再從混合通道底端的環(huán)形口噴射出噴頭形成粉末流場，流場整體均勻性大大提高，且粉末流場更加集中、密度增大，粉末流場的最小匯聚點與噴頭底端的距離縮短，從而改善了熔覆結(jié)果。
文檔編號C23C24/10GK202786429SQ201220408229
公開日2013年3月13日 申請日期2012年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月16日
發(fā)明者張翀昊, 柳岸敏, 黃佳欣, 黃和芳, 張祖洪 申請人:張家港市和昊激光科技有限公司