一种用于激光熔覆的多功能喷头及其使用方法技术

本发明专利技术涉及一种用于激光熔覆的多功能喷头及其适用方法，包括喷头本体和控制系统；喷头本体中央上下贯穿设置有第一通道；喷头本体还设置有与粉末添加装置相连通的第二通道、与保护气体供气装置相连通的第三通道；与第一、二、三通道的底部相互连通形成的第四通道；喷头本体上还设置有带有闭锁装置的侧向环状通道；控制系统包括增材制造成形设备或激光熔覆涂层设备的工控机。其具有结构设计合理、功能多样，能够满足送粉过程具有柔性的特点，可分时段控制改变输送粉末的成分，实现梯度材料分层制造；可分区域定时改变输送粉末的数量，实现较高控制精度；可按照参数设定，改变所需熔池的尺寸，从而变化其沉积组织及性能等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及与增材制造成形设备及激光熔覆涂层设备相配套的装置
，尤其是一种用于激光熔覆的多功能喷头及其使用方法。
技术介绍
激光熔覆技术是材料表面改性技术的一种重要的方法，它是利用高能激光束在材料基体表面辐照，通过迅速熔化、扩展和迅速凝固，在其表面上熔覆一层能够提高使用性能的材料，从而构成一种新的复合材料，以弥补基体所缺少的性能。在增材制造成形技术中，由于是通过激光熔覆沉积直接制造出成形零件，因此相关的技术要求更高。在激光熔覆的过程中，需要输送及熔化粉末，目前常用的送粉及熔覆装置包括同轴送粉或者侧向送粉；同轴送粉的喷头存在：(1)金属粉末不能准确地送入激光熔池，金属粉末的利用率低；(2)在满足长距离送粉时，金属粉末在较大载粉气体压力下容易被吹散；(3)在送粉口处容易出现积粉，造成送粉不均匀；(4)结构复杂，操作不便等。侧向送粉的喷头存在：(1)管线结构复杂，侧向送粉喷头装置故障率高；(2)喷头的保护气体多采用围绕金属或者合金粉末的外层保护器，无法保证凝固后的熔覆层不被氧化；(3)缺少保护气尾吹功能。然而，在实际操作中，一般的送粉及熔覆喷头功能比较单一，很难满足复杂送粉工艺，特别是高精度、高质量的成形零件，需要分区域分时地改变熔覆层的成分，对于喷头的技术要求更高。送粉及熔覆喷头作为激光熔覆的核心关键部件之一，提出一种结构设计合理且具有多功能的喷头具有重要的研究与应用意义。
技术实现思路
针对现有技术中激光熔覆喷头组件存在的上述不足，本专利技术的目的在于：提供一种用于激光熔覆的多功能喷头及其使用方法，其具有结构设计合理、功能多样，能够满足送粉过程具有柔性的特点，可分区域分时段控制改变输送粉末的成分，实现梯度材料分层制造；可分区域定时改变输送粉末的数量，实现较高控制精度；可按照设定，改变所需熔池的尺寸，从而变化其沉积组织及性能等优点。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案实现：一种用于激光熔覆的多功能喷头，所述多功能喷头包括喷头本体和控制系统，其中，所述喷头本体中央上下贯穿设置有第一通道；该第一通道的底部呈漏斗型；第一通道与激光器的发射端或光纤相连接；第一通道内设置有可调变焦镜片和保护镜片，可调变焦镜片设置在第一通道的上部，保护镜片设置在第一通道的中部，该可调变焦镜片包括聚焦镜片和调节组件，该调节组件包括设置在第一通道内侧壁上的齿轮、与齿轮相啮合的齿板和驱动装置，所述聚焦镜片和保护镜片的调节器均安装在齿板上，驱动装置亦与齿板相连接；所述喷头本体还设置有与粉末添加装置相连通的第二通道、与保护气体供气装置相连通的第三通道；第二通道的数量至少为2个，以调控粉末的成分，它们需对称地设置在喷头本体的侧边；第一、二、三通道的底部相互连通形成第四通道，该第四通道将聚焦激光束、粉末流和保护气体流引至喷头的端部；所述喷头本体上还设置有带有闭锁装置的侧向环状通道，该侧向环状通道与出粉口相连；第二通道与第三通道均为螺旋形；控制系统与增材制造设备或激光熔覆涂层设备的工控机相连接，该工控机与所述闭锁装置相连接，用于控制侧向环状通道的开合；工控机还与驱动装置控制连接，用于调节聚焦镜片在第一通道中的位置。作为上述技术方案的进一步优化，所述多功能喷头的数量至少为2个，并且每个多功能喷头的轴线相交设置在工控台上；所述的驱动装置为电机以及液压或者气压伸缩杆。作为上述技术方案的进一步优化，所述的第一通道内设置有可调变焦镜片和保护镜片控制装置；所述的第二通道上设置有至少两个粉末流量控制装置，可分时段控制改变输送粉末的成分，实现梯度材料分层制造；所述的第三通道上设置有保护气体流量控制装置；其中，粉末流量控制装置包括两个或两个以上的扇形挡板及其驱动件，扇形挡板驱动件包括弹性顶杆和与调节弹性顶杆弹力大小的弹性调节组件；设置在第二通道粉末入口附近，扇形挡板驱动件分别驱动扇形挡板的中部以调整粉末流量；第三通道的保护气体流量控制装置还包括设置在保护气体进气口的流量阀；所述多功能喷头的第四通道前端还设置有温度控制调节装置，该温度控制调节而装置能够改变所需熔池的尺寸，从而变化其沉积组织及性能。作为上述技术方案的进一步优化，所述多功能喷头上还设置有辅助送粉头，工控机与辅助送粉头相连接用于分时段调节送粉量。作为上述技术方案的进一步优化，所述喷头本体外侧还设置有激光保护筒；所述多功能喷头上还设置有高度调节装置和水平调节装置，所述高度调节装置和水平调节装置均与工控机相连接；所述高度调节装置包括电驱动螺旋式伸缩杆；所述水平调节装置包括设置在工作台上的传动带横移机构。作为上述技术方案的进一步优化，所述第二通道的粉末入口端的数量至少为1个，每个
粉末入口端均连接有相应的粉末添加盒，工控机分别与每个相应的粉末添加盒相连接，用于选择控制粉末添加盒的送粉量。本专利技术上述用于激光熔覆的多功能喷头的使用方法包括如下步骤：1)根据不同激光熔覆区域送粉方式的需要，工控机控制侧向环状通道的闭锁装置开合，选择采用同轴送粉或者侧向送粉或者两种送粉方式的组合；2)根据不同激光熔覆区域送粉成分的需要和送粉量的需要，工控机控制设置在第二通道粉末入口端粉末添加装置的粉末类型和送粉量，分时段控制改变粉末材料的输送量实现梯度材料的分层加工；3)根据熔池温度的设计要求，工控机控制可调变焦镜片在第一通道中的位置，改变激光束的焦距，还能通过第四通道前端的温度控制调节装置，来改变所需熔池的尺寸；4)按照上述步骤1)-3)，完成激光熔覆逐层加工。与现有技术中的喷头组件相比，采用本专利技术用于激光熔覆的多功能喷头及其使用方法具有如下优点：(1)送粉器上新附设侧向环状通路的控制程序，可使多功能喷头具有以同轴送粉为主，以侧向送粉为辅的功能；(2)借助于设置在多功能喷头上的辅助送粉头，可分时段控制改变输送粉末的成分，实现梯度材料分层制造的控制程序；(3)可分区域定时改变输送粉末的数量，精确控制送粉量的附设装置的控制程序：(4)附设可调变焦镜片的控制程序，以及第四通道上的温度控制装置，可以达到改变不同区域的金相组织。(5)还可以将该送粉熔覆喷头应用到其他激光表面改性、激光快速成性、破损零件修复等激光加工设备中，具有适用性广的特点。附图说明附图1为本专利技术用于激光熔覆的多功能喷头的结构示意图。具体实施方式下面结合附图1对本专利技术用于激光熔覆的多功能喷头具体结构及其使用方法作以详细说明。一种用于激光熔覆的多功能喷头，所述多功能喷头包括喷头本体和控制系统，其中，所
述喷头本体中央上下贯穿设置有第一通道1；该第一通道的底部呈漏斗型；第一通道与激光器的发射端或光纤相连接；第一通道内设置有可调变焦镜片和保护镜片，可调变焦镜片设置在第一通道的上部，保护镜片设置在第一通道的中部，该可调变焦镜片包括聚焦镜片和调节组件，该调节组件包括设置在第一通道内侧壁上的齿轮、与齿轮相啮合的齿板和驱动装置，所述聚焦镜片和保护镜片的调节器均安装在齿板上，驱动装置亦与齿板相连接；所述喷头本体还设置有与粉末添加装置相连通的第二通道2、与保护气体供气装置相连通的第三通道3；第二通道的数量至少为2个，以调控粉末的成分，它们需对称地设置在喷头本体的侧边；第一、二、三通道的底部相互连通形成第四通道4，该第四通道将聚焦激光束、粉末流和保护气体流引至喷头本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于激光熔覆的多功能喷头，其特征在于：所述多功能喷头包括喷头本体和控制系统，其中，所述喷头本体中央上下贯穿设置有第一通道(1)；该第一通道的底部呈漏斗型；第一通道与激光器的发射端或光纤相连接；第一通道内设置有可调变焦镜片和保护镜片，可调变焦镜片设置在第一通道的上部，保护镜片设置在第一通道的中部，该可调变焦镜片包括聚焦镜片和调节组件，该调节组件包括设置在第一通道内侧壁上的齿轮、与齿轮相啮合的齿板和驱动装置，所述聚焦镜片和保护镜片的调节器均安装在齿板上，驱动装置亦与齿板相连接；所述喷头本体还设置有与粉末添加装置相连通的第二通道(2)、与保护气体供气装置相连通的第三通道(3)；第二通道的数量至少为2个，以调控粉末的成分，它们需对称地设置在喷头本体的侧边；第一、二、三通道的底部相互连通形成第四通道(4)，该第四通道将聚焦激光束、粉末流和保护气体流引至喷头的端部；所述喷头本体上还设置有带有闭锁装置的侧向环状通道(5)，该侧向环状通道与出粉口(6)相连；第二通道与第三通道均为螺旋形；控制系统与增材制造成形设备或激光熔覆涂层设备的工控机相连接，该工控机与所述闭锁装置控制连接，用于控制侧向环状通道的开合；工控机还与驱动装置控制连接，用于调节聚焦镜片在第一通道中的位置。...

【技术特征摘要】
1.一种用于激光熔覆的多功能喷头，其特征在于：所述多功能喷头包括喷头本体和控制系统，其中，所述喷头本体中央上下贯穿设置有第一通道(1)；该第一通道的底部呈漏斗型；第一通道与激光器的发射端或光纤相连接；第一通道内设置有可调变焦镜片和保护镜片，可调变焦镜片设置在第一通道的上部，保护镜片设置在第一通道的中部，该可调变焦镜片包括聚焦镜片和调节组件，该调节组件包括设置在第一通道内侧壁上的齿轮、与齿轮相啮合的齿板和驱动装置，所述聚焦镜片和保护镜片的调节器均安装在齿板上，驱动装置亦与齿板相连接；所述喷头本体还设置有与粉末添加装置相连通的第二通道(2)、与保护气体供气装置相连通的第三通道(3)；第二通道的数量至少为2个，以调控粉末的成分，它们需对称地设置在喷头本体的侧边；第一、二、三通道的底部相互连通形成第四通道(4)，该第四通道将聚焦激光束、粉末流和保护气体流引至喷头的端部；所述喷头本体上还设置有带有闭锁装置的侧向环状通道(5)，该侧向环状通道与出粉口(6)相连；第二通道与第三通道均为螺旋形；控制系统与增材制造成形设备或激光熔覆涂层设备的工控机相连接，该工控机与所述闭锁装置控制连接，用于控制侧向环状通道的开合；工控机还与驱动装置控制连接，用于调节聚焦镜片在第一通道中的位置。2.根据权利要求1所述的一种用于激光熔覆的多功能喷头，其特征在于：所述多功能喷头的数量至少为2个，并且每个多功能喷头的轴线相交设置在工控台上；所述的驱动装置为电机以及液压或者气压伸缩杆。3.根据权利要求1所述的一种用于激光熔覆的多功能喷头，其特征在于：所述的第一通道内设置有可调变焦镜片和保护镜片控制装置；所述的第二通道上设置有至少两个粉末流量控制装置，可分时段控制改变输送粉末的成分，实现梯度材料分层制造；所述的第三通道上设置有保护气体流量控制装置；其中，粉末流量控制装置包括两个或两个以上的扇形挡板及其驱动件，扇形挡板驱动件包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾德阳，
申请(专利权)人：四川三阳永年增材制造技术有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51