本發(fā)明涉及激光加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種環(huán)形同軸激光熔覆噴嘴。

背景技術(shù)：

激光熔覆技術(shù)是一種新的表面改性技術(shù)，是將兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料通過(guò)加熱的辦法，使其熔合在一起，充分發(fā)揮各自?xún)?yōu)良性能的工藝方法。激光熔覆具有加熱速度和冷卻速度快的特點(diǎn)，獲得的熔覆層顯微組織很細(xì)，強(qiáng)度高，性能明顯優(yōu)于其他熔覆方法，因此受到世界各國(guó)材料工作者的廣泛關(guān)注。

激光熔覆的送粉噴嘴設(shè)計(jì)是激光加工設(shè)備中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。送粉噴嘴的作用是將從送粉器出來(lái)的粉流轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌男螤畈⑦M(jìn)入激光束中，起到控制粉末流的噴入角度和截面尺寸的作用，噴嘴的結(jié)構(gòu)和性能直接影響熔覆工藝的效果及成形零件的精度和質(zhì)量。國(guó)內(nèi)外對(duì)同軸送粉噴嘴已進(jìn)行了深入的研究，并取得了一定的成果，但目前仍存在許多不足，表現(xiàn)為：(1)在不加保護(hù)氣條件下，送粉管粉道出口容易堵塞，易導(dǎo)致粉末流動(dòng)時(shí)，在到達(dá)基體表面之前從激光束中脫出，形成了熔覆材料與基體非冶金結(jié)合的區(qū)域。(2)送粉量不均勻。同軸送粉激光熔覆工藝實(shí)施過(guò)程中，熔覆材料在激光束中流動(dòng)具有發(fā)散性，造成粉斑直徑超出激光光斑直徑，超出激光光斑直徑范圍的粉末，在激光束中未得到充分加熱，會(huì)造成熔覆粉末與基體表面無(wú)法形成冶金結(jié)合，會(huì)直接導(dǎo)致成形件表面惡化，嚴(yán)重情況甚至?xí)?dǎo)致塌陷，使成形過(guò)程無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行。(3)送粉噴嘴不能實(shí)現(xiàn)粉末與激光束精確的同軸度調(diào)整，導(dǎo)致粉斑和激光光班不能實(shí)現(xiàn)同軸工作。(4)激光束在基體表面會(huì)產(chǎn)生反射，造成能量損失，嚴(yán)重時(shí)，經(jīng)反射的激光束可能會(huì)燒損噴頭。(5)水冷管路不能完全冷卻噴嘴下端，造成接近熔池處容易受輻射熱損壞。(6)保護(hù)鏡玻璃不能得到完全冷卻，局部過(guò)熱易造成玻璃碎裂。

目前，激光熔覆成形所采用的同軸送粉噴嘴主要有兩種形式：三束流同軸送粉噴嘴和環(huán)形同軸送粉噴嘴。三束流同軸送粉噴嘴具有三個(gè)以激光束為軸心對(duì)稱(chēng)分布的送粉通道，通道內(nèi)徑1～3mm，粉末經(jīng)三個(gè)通道射出后匯聚形成粉斑；適用于大功率(>2kw)條件下進(jìn)行較厚、較寬熔覆層加工，以及具有較大傾角要求的3d熔覆。環(huán)形同軸送粉噴嘴通過(guò)一個(gè)圓錐形空隙引導(dǎo)粉末顆粒，形成一個(gè)以激光束為軸心的環(huán)形粉末流，匯聚后進(jìn)入熔池。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可使粉末匯聚斑點(diǎn)達(dá)到0.4mm以下，即對(duì)于1mm寬度以下的超窄熔覆層也可獲得極高的熔覆效率。

在中國(guó)專(zhuān)利cn104694922a提出了一種同軸送粉噴嘴，其主要部分是通過(guò)螺栓相連接，雖然采用了多個(gè)出粉小孔結(jié)構(gòu)來(lái)提高粉末匯聚性，但此設(shè)計(jì)在加工上相對(duì)繁瑣，其出粉口尺寸、數(shù)量不易調(diào)節(jié)。而且其未在噴嘴靠近熔池處采用冷卻裝置，更易導(dǎo)致噴嘴受輻射熱損壞，降低噴嘴使用壽命。美國(guó)專(zhuān)利us5477026提出了一種多層環(huán)形錐筒噴嘴，其采用模塊化結(jié)構(gòu)，利于更換零件，粉末進(jìn)入粉管中，存在一較大空間，可以起到穩(wěn)流效果。主要不足是噴嘴出口處的粉末流均勻性較差，且粉末易在最下端出口處熔化堵塞出粉口，其次噴嘴無(wú)法調(diào)節(jié)粉末匯聚直徑。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明旨在提供一種使用壽命長(zhǎng)、粉末匯聚直徑可調(diào)、適用于不用尺寸粉末顆粒的內(nèi)置篩孔式環(huán)形激光熔覆噴嘴。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案：一種內(nèi)置篩孔式環(huán)形激光熔覆噴嘴，包括激光頭連接部分、中部套筒部分和噴嘴部分；所述激光頭連接部分包括上連接套筒，上連接套筒上端與激光頭相連；所述中部套筒部分包括滑動(dòng)套筒、保護(hù)玻璃水冷套、中心套筒、保護(hù)玻璃，滑動(dòng)套筒上端與上連接套筒下端相連，滑動(dòng)套筒下端與中心套筒上端之間設(shè)有保護(hù)玻璃，滑動(dòng)套筒下端與中心套筒上端外側(cè)設(shè)有保護(hù)玻璃水冷套，保護(hù)玻璃水冷套分別與滑動(dòng)套筒、中心套筒螺紋連接，保護(hù)玻璃水冷套上設(shè)有中部進(jìn)水嘴和中部出水嘴，在中心套筒靠近保護(hù)玻璃的位置設(shè)有兩個(gè)位置相對(duì)的保護(hù)氣氣孔，中心套筒下端為錐形；所述噴嘴部分包括錐形噴嘴芯、進(jìn)粉套、進(jìn)氣套、水冷套、環(huán)形篩孔板，錐形噴嘴芯上端與中心套筒下端通過(guò)螺紋配合連接，在錐形噴嘴芯和中心套筒下端外側(cè)依次設(shè)有進(jìn)粉套、進(jìn)氣套、水冷套，進(jìn)粉套、進(jìn)氣套、水冷套的上半段均為圓筒形，下半段均為錐形，進(jìn)粉套上端與中心套筒通過(guò)螺紋配合連接，進(jìn)粉套上端設(shè)有進(jìn)粉嘴，進(jìn)粉套下端與中心套筒下端之間設(shè)有環(huán)形篩孔板，環(huán)形篩孔板上設(shè)有出粉小孔，進(jìn)氣套上端與進(jìn)粉套上端通過(guò)螺紋配合連接，進(jìn)氣套上端設(shè)有進(jìn)氣嘴，水冷套上端與進(jìn)氣套上端通過(guò)焊接固定，水冷套上端設(shè)有上部出水嘴，水冷套下端設(shè)有下部進(jìn)水嘴和弧形擋板。

進(jìn)一步的，所述滑動(dòng)套筒上端伸入連接套筒內(nèi)并可沿連接套筒上下滑動(dòng)，在連接套筒下端外圓均布多個(gè)螺孔，螺孔內(nèi)穿入對(duì)中螺釘，通過(guò)對(duì)中螺釘夾緊滑動(dòng)套筒并使滑動(dòng)套筒與上連接套筒保持同心。

進(jìn)一步的，所述保護(hù)玻璃外圓與保護(hù)玻璃水冷套之間設(shè)有密封圈。

進(jìn)一步的，所述錐形噴嘴芯上端的內(nèi)表面與中心套筒下端的內(nèi)表面平滑過(guò)渡，錐形噴嘴芯上端的外緣與中心套筒下端的外緣之間留有環(huán)形缺口，所述環(huán)形篩孔板的內(nèi)圈邊緣部分卡入該環(huán)形缺口內(nèi)。

進(jìn)一步的，所述水冷套與進(jìn)氣套之間由上至下設(shè)有多個(gè)相互交錯(cuò)的導(dǎo)流擋板。

進(jìn)一步的，所述進(jìn)粉嘴和進(jìn)氣嘴均環(huán)繞中心套筒設(shè)置多個(gè)。

進(jìn)一步的，所述進(jìn)粉嘴和進(jìn)氣嘴的數(shù)量相同并且位置一一對(duì)應(yīng)。

進(jìn)一步的，所述出粉小孔的直徑大于等于0.2mm并且小于等于3mm。

與現(xiàn)有激光熔覆噴嘴設(shè)備相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)可實(shí)現(xiàn)出粉口尺寸、數(shù)量調(diào)整，可調(diào)節(jié)粉末匯聚直徑，實(shí)現(xiàn)良好的粉光匹配；

(2)噴嘴芯在通過(guò)增大與熔池距離達(dá)到保護(hù)的同時(shí)，也提供了容易更換的措施；

(3)對(duì)現(xiàn)有保護(hù)玻璃冷卻方式進(jìn)行改善。

(4)通過(guò)對(duì)中螺釘2保證滑動(dòng)套筒3與上連接套筒1的同心度，避免了由于加工、安裝造成的同軸度誤差；

(5)適用于任何尺寸的粉末顆粒，同時(shí)提高了粉末了匯聚性、穩(wěn)定性和粉末利用率。

(6)優(yōu)化水冷通道，減少用水量且避免管路太多造成相互纏繞。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是環(huán)形篩孔板上出粉小孔的布置示意圖；

圖中：1、上連接套筒；2、對(duì)中螺釘；3、滑動(dòng)套筒；4、保護(hù)玻璃水冷套；5、中部進(jìn)水嘴；6、進(jìn)粉嘴；7、進(jìn)氣嘴；8、上部出水嘴；9、進(jìn)粉套；10、進(jìn)氣套；11、水冷套；12、導(dǎo)流擋板；13、下部進(jìn)水嘴；14、錐形噴嘴芯；15、環(huán)形篩孔板；16、中心套筒；17、保護(hù)氣氣孔；18、中部出水嘴；19、密封圈；20、保護(hù)玻璃；21、出粉小孔，22-弧形擋板。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步的解釋。

如圖1所示，本發(fā)明的一種內(nèi)置篩孔式環(huán)形激光熔覆噴嘴，包括激光頭連接部分、中部套筒部分和噴嘴部分。

所述激光頭連接部分包括上連接套筒1，上連接套筒1上端與激光頭相連，通過(guò)上連接套筒1將本發(fā)明激光熔覆噴嘴與激光設(shè)備連接在一起。

所述中部套筒部分包括滑動(dòng)套筒3、保護(hù)玻璃水冷套4、中心套筒16、保護(hù)玻璃20。滑動(dòng)套筒3上端與上連接套筒1下端相連，本實(shí)施例中，所述滑動(dòng)套筒3上端伸入連接套筒1內(nèi)并可沿連接套筒1上下滑動(dòng)，在連接套筒1下端外圓均布多個(gè)螺孔，螺孔內(nèi)穿入對(duì)中螺釘2，通過(guò)對(duì)中螺釘2夾緊滑動(dòng)套筒3并使滑動(dòng)套筒3與上連接套筒1保持同心?；瑒?dòng)套筒3下端與中心套筒16上端之間設(shè)有保護(hù)玻璃20，滑動(dòng)套筒3下端與中心套筒16上端外側(cè)設(shè)有保護(hù)玻璃水冷套4，保護(hù)玻璃水冷套4分別與滑動(dòng)套筒3、中心套筒16螺紋連接，并且保護(hù)玻璃20外圓與保護(hù)玻璃水冷套4之間設(shè)有密封圈19，保護(hù)玻璃水冷套4上設(shè)有中部進(jìn)水嘴5和中部出水嘴18，在中心套筒16靠近保護(hù)玻璃20的位置設(shè)有兩個(gè)位置相對(duì)的保護(hù)氣氣孔17，中心套筒16下端為錐形。

所述噴嘴部分包括錐形噴嘴芯14、進(jìn)粉套9、進(jìn)氣套10、水冷套11、環(huán)形篩孔板15。錐形噴嘴芯14上端與中心套筒16下端通過(guò)螺紋配合連接，在錐形噴嘴芯14和中心套筒16下端外側(cè)依次設(shè)有進(jìn)粉套9、進(jìn)氣套10、水冷套11。進(jìn)粉套9、進(jìn)氣套10、水冷套11的上半段均為圓筒形，下半段均為錐形。進(jìn)粉套9上端與中心套筒16通過(guò)螺紋配合連接，在進(jìn)粉套9上端設(shè)有進(jìn)粉嘴6，進(jìn)粉套9下端與中心套筒16下端之間設(shè)有環(huán)形篩孔板15，在環(huán)形篩孔板15上設(shè)有多個(gè)出粉小孔21，如圖2所示，所述出粉小孔21的直徑大于等于0.2mm并且小于等于3mm，出粉小孔21數(shù)量可隨送粉量、送粉速度等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。進(jìn)氣套10上端與進(jìn)粉套9上端通過(guò)螺紋配合連接，在進(jìn)氣套10上端環(huán)繞中心套筒16設(shè)有多個(gè)進(jìn)氣嘴7，水冷套11上端與進(jìn)氣套10上端通過(guò)焊接固定，在水冷套11上端環(huán)繞中心套筒16設(shè)有與進(jìn)氣嘴7數(shù)量相同并且位置一一對(duì)應(yīng)的上部出水嘴8，在水冷套11下端設(shè)有下部進(jìn)水嘴13和弧形擋板22，并且在水冷套11與進(jìn)氣套10之間由上至下設(shè)有多個(gè)相互交錯(cuò)的導(dǎo)流擋板12。本實(shí)施例中，所述錐形噴嘴芯14上端的內(nèi)表面與中心套筒16下端的內(nèi)表面平滑過(guò)渡，錐形噴嘴芯14上端的外緣與中心套筒16下端的外緣之間留有環(huán)形缺口，所述環(huán)形篩孔板15的內(nèi)圈邊緣部分卡入該環(huán)形缺口內(nèi)，通過(guò)錐形噴嘴芯14和中心套筒16夾緊環(huán)形篩孔板15。

激光熔覆噴嘴工作時(shí)，通過(guò)對(duì)中螺釘2來(lái)實(shí)現(xiàn)激光束與粉末流同軸度的調(diào)整。由于進(jìn)氣套10和進(jìn)粉套9通過(guò)螺紋盤(pán)配合連接，所以進(jìn)氣套10可相對(duì)于進(jìn)粉套9在一定距離內(nèi)上下可調(diào)，這樣可以調(diào)節(jié)進(jìn)氣套10下端與錐狀進(jìn)粉套9下端之間的夾角，進(jìn)而改變氣流角度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)粉斑大小的調(diào)控。水冷套11下端設(shè)有弧形擋板22，可以對(duì)從基體反射的激光束進(jìn)行再反射，極大的提高了激光束能量的利用率。

可通過(guò)滑動(dòng)套筒3調(diào)節(jié)噴嘴部分與熔池距離，錐形噴嘴芯14通過(guò)螺紋連接方式與中心套筒16進(jìn)行可拆卸的連接，方便更換不同孔徑的環(huán)形篩孔板15。由于錐形噴嘴芯14內(nèi)壁為平滑曲面，濺射在錐形噴嘴芯14內(nèi)部的粉末可自行滑落，避免了堵塞出粉孔，并提高了粉末的利用率。

為防止保護(hù)玻璃20過(guò)熱，可向保護(hù)玻璃水冷套4通入冷卻水對(duì)保護(hù)玻璃20外邊緣進(jìn)行冷卻，保護(hù)玻璃20下方開(kāi)有兩個(gè)保護(hù)氣氣孔17，通過(guò)通入保護(hù)氣體來(lái)對(duì)保護(hù)玻璃20中心處進(jìn)行風(fēng)冷，保護(hù)玻璃20外邊緣包裹著密封圈19，可以保證中心套筒16腔體內(nèi)氣壓，避免粉末上揚(yáng)污染保護(hù)玻璃。為防止噴嘴部分局部過(guò)熱，通過(guò)向水冷套11通入冷卻水來(lái)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制水冷。冷卻水從保護(hù)玻璃水冷套4的中部進(jìn)水嘴5流入，隨后從中部出水嘴18流出，流出的冷卻水再通過(guò)下部進(jìn)水嘴13進(jìn)入水冷套11，最終從上部出水嘴8流出。冷卻水按照上述路徑進(jìn)行冷卻，不僅可以減少用水量而且避免管路太多造成相互纏繞。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。