一种一体式激光熔覆同轴送粉喷嘴制造技术

本发明专利技术涉及激光熔覆技术领域，特别涉及一种一体式激光熔覆同轴送粉喷嘴，包括一体成型的主体，主体具有顶壁、外壁和底壁，底壁中心开设有通孔，顶壁中心位置具有开口，开口边缘向下延伸与通孔侧壁相接从而形成激光束通道，顶壁、外壁、底壁和激光束通道的侧壁合围形成空腔，空腔内穿设有粉末通道，粉末通道露在主体外部的部分设有进口，底壁开设有与粉末通道连通的粉末出口；空腔内还设有充入惰性气体的气体通道，气体通道在主体的外部设有气体进口，底壁上设有与气体通道连通的气体出口；主体上还设有冷却水通道，喷嘴主体采用一体式结构的设计与加工，可以保证喷嘴再冷热交替情况下，变形一致不会出现松动脱落等失效现象。

An Integrated Coaxial Powder Feeding Nozzle for Laser Cladding

The invention relates to the technical field of laser cladding, in particular to an integrated coaxial powder feeding nozzle for laser cladding, including an integral forming body, which has a top wall, an outer wall and a bottom wall, a through hole in the center of the bottom wall, an opening in the center of the top wall, an opening edge extending downward to connect with the side wall of the hole to form a laser beam channel, and a top wall, an outer wall, a bottom wall and a laser beam pass through. \u9053\u7684\u4fa7\u58c1\u5408\u56f4\u5f62\u6210\u7a7a\u8154\uff0c\u7a7a\u8154\u5185\u7a7f\u8bbe\u6709\u7c89\u672b\u901a\u9053\uff0c\u7c89\u672b\u901a\u9053\u9732\u5728\u4e3b\u4f53\u5916\u90e8\u7684\u90e8\u5206\u8bbe\u6709\u8fdb\u53e3\uff0c\u5e95\u58c1\u5f00\u8bbe\u6709\u4e0e\u7c89\u672b\u901a\u9053\u8fde\u901a\u7684\u7c89\u672b\u51fa\u53e3\uff1b\u7a7a\u8154\u5185\u8fd8\u8bbe\u6709\u5145\u5165\u60f0\u6027\u6c14\u4f53\u7684\u6c14\u4f53\u901a\u9053\uff0c\u6c14\u4f53\u901a\u9053\u5728\u4e3b\u4f53\u7684\u5916\u90e8\u8bbe\u6709\u6c14\u4f53\u8fdb\u53e3\uff0c\u5e95\u58c1\u4e0a\u8bbe\u6709\u4e0e\u6c14\u4f53\u901a\u9053\u8fde\u901a\u7684\u6c14\u4f53\u51fa\u53e3\uff1b\u4e3b\u4f53\u4e0a\u8fd8\u8bbe With cooling water passage, the main body of the nozzle is designed and processed in an integrated structure, which can ensure that the deformation of the nozzle will not occur loosening and falling out in the case of alternating cooling and heating.

【技术实现步骤摘要】
一种一体式激光熔覆同轴送粉喷嘴
本专利技术涉及激光熔覆
，特别涉及一种一体式激光熔覆同轴送粉喷嘴。
技术介绍
激光熔覆(LaserCladding)是指以不同的填料方式在被涂覆基体表面上放置选择的涂层材料，经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低并与基体材料成冶金结合的表面涂层，从而显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性等的工艺方法。其涂层材料形态通常包括丝或粉末。为追求更高熔覆精度与质量，目前普遍以粉末为材料。粉末材料的添加方法主要包括预置、旁轴送粉和同轴送粉等。粉末预制也称粉末预涂法，它需要在激光熔覆前把粉末材料用粘结剂混合并涂在基材表面，然后利用激光束扫描来熔化。其缺点是操作复杂、工序多且易产生气孔或其它缺陷。旁轴送粉也称侧向送粉，它是在激光束通道外，通过一额外送粉管来添加粉末到熔池区。该方法虽然可实现粉末与基材同时熔化，但激光束与送给的粉末作用区重合程度难以掌握，易出现偏离，从而导致粉末利用率低。另外，旁轴送粉无法克服因激光束和粉末输入的不对称而带来的对扫描方向限制的缺点，因而不能实现全方位熔覆，也不适用轨迹复杂的熔覆。同轴送粉是目前较为先进的激光熔覆送粉技术，是指粉末通道与激光通道同轴耦合输出，所以能方便地使落粉与激光束汇聚点相重合，同时也有效的克服了旁轴送粉方式对扫描方向限制的缺陷，能够适应全方位的熔覆需求。同轴送粉熔覆过程中，熔覆层的气孔产生少，粉末是单独熔化，汇聚产生的“粉末云”可明显降低激光的通透率，使粉末的升温高于基材，所以粉末熔化时的过热度与熔体凝固时的过冷度，会产生更大的结晶相变驱动力，降低稀释率，减少激光的热影响区范围提高熔覆层的质量。同轴送粉喷嘴是同轴送粉装置里的核心部件。送粉过程要求粉末准确、稳定、均匀地落入激光束位置；为保证熔覆质量还要求有惰性气体保护熔池区；为保护送粉装置自身要求具备冷却效果以克服熔覆过程中的高温；同时还要求提高加工效率和降低加工成本。目前常见的同轴送粉喷嘴结构相似，均为圆锥形外状，其中间为激光通道，激光通道外有多路圆孔状粉末通道。一些较为先进的同轴送粉喷嘴还含有冷却水道与保护气体的通道。这些同轴送粉喷嘴或在某些方面、或部分地满足了以上要求。但它们仍然不能解决一些实际应用中的问题：1，现有同轴送粉喷嘴多为3个、4个或6个圆孔状粉末通道环绕于熔池区上方，但在激光熔覆工艺实施过程中，粉末材料落下造成粉斑，经常分散为3个、4个或6个圆孔状小粉斑，且有的部位粉斑重叠，有的部位粉斑有间隙，不能完整均匀地包覆激光光斑，这样因为落粉重叠和不均匀会造成熔覆粉末与基体表面无法形成良好一致的冶金结合，从而影响熔覆质量与效果。2，激光束在基体表面产生的反射会产生高温而损坏喷嘴。3，现有水冷通道受传统机械加工工艺限制，多为直通型水道，导致冷却效果低下，不能完全冷却喷嘴下端。所以尽管有了冷却水道，喷嘴仍会被反射高温损坏。4，保护镜玻璃经常因经由激光通道传上来的高温气体而造成玻璃破裂。5，在未加粉末通道载气条件下，粉末经粉末通道出口落下不能很好地与激光光斑重合。6，粉末通道末端的出口因为靠近熔覆区，由于溅射的高温粉末颗粒容易堵塞出粉口，并在出粉通道处熔化而能够，从而导致整个喷嘴费失效。7，现有喷嘴大多为分体结构，其粉末通道、惰性气体通道和冷却水道均未分体的机加工部件组合而成，在应用中因受热会产生不一致的变形，从而也会导致喷嘴的部分功能失效。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的分体式喷嘴受热变形不一致的缺陷，本专利技术提供一种变形一致不会出现松动脱落的一体式激光熔覆同轴送粉喷嘴。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种一体式激光熔覆同轴送粉喷嘴，包括一体成型的主体，所述的主体具有顶壁、外壁和底壁，所述的底壁中心开设有通孔，所述的顶壁中心位置具有开口，开口边缘向下延伸与通孔侧壁相接从而形成激光束通道，顶壁、外壁2、底壁和激光束通道的侧壁合围形成空腔，所述的空腔内穿设有若干粉末通道，所述的粉末通道露在主体外部的部分设有进口，所述的底壁开设有与粉末通道连通的粉末出口；所述的空腔内还设有用于充入惰性气体的气体通道，所述的气体通道在主体的外部设有气体进口，所述的底壁上设有与气体通道连通的气体出口；所述的主体上还设有冷却水通道。进一步的，所述的粉末通道沿送粉方向往靠近激光束通道方向倾斜，所述的粉末通道与水平的方向夹角为75°，粉末通道延伸线的交点与待熔覆基材之间距离为3mm，所述的粉末出口为圆弧形粉末出口，圆弧形粉末出口的圆心位于激光束通道的中心轴线上，且圆弧形粉末出口沿激光束通道的中心轴周向阵列。这样就形成一圆形落粉区，圆形落粉区域与激光束圆形光斑恰好完全重合，这样，在同轴送粉熔覆过程中，熔覆层的气孔产生少，粉末是在基材上方单独熔化，汇聚产生的圆形落粉区挡住激光束光斑可明显降低激光的通透率，使粉末的升温高于基材，所以粉末熔化时的过热度与熔体凝固时的过冷度，会产生更大的结晶相变驱动力，降低稀释率，减少激光的热影响区范围提高熔覆层的质量进一步的，所述的冷却水通道包括水腔，所述的空腔直接作为水腔，主体上设有与水腔相通的冷却水进水口和冷却水出水口。冷却水通道紧贴喷嘴底部，并在喷嘴底部经由拱型开口9-2流到另一侧形成回路。所以冷却及时迅速、冷却效果好。进一步的，所述的空腔内设有挡水板，所述的挡水板上端与空腔内壁相接，所述的挡水板底部设有供冷却水通过的拱形开口。进一步的，所述的气体通道为圆环状气道，所述的气体出口沿圆环状气道周向均布。进一步的，所述的喷嘴还包括设置在主体下方的保护罩，所述的保护罩上设有与激光束通道对应的激光束通孔，所述的保护罩上还设有与粉末出口相对应的出粉口，所述的保护罩上还设有与气体出口相对应的出气口，所述的出气口包围在激光束通孔和出粉口的周边。本专利技术以最少的惰性气体最大限度地保护了熔覆区，阻断了熔覆区与氧气的接触。进一步的，所述的主体的底壁上向空腔延伸有若干个安装柱，所述的安装柱内设有第一螺纹孔，所述的保护罩上设有与第一螺纹孔位置对应的第二螺纹孔。第一螺纹孔为盲孔，第二螺纹孔为通孔。进一步的，所述的主体的顶壁上向外突出有若干个用于安装喷嘴的主体的固定圆柱。有益效果:(1)喷嘴主体采用一体式结构的设计与加工，可以保证喷嘴再冷热交替情况下，变形一致不会出现松动脱落等失效现象；(2)其大体积与喷嘴外外形一致的水腔和其薄壁厚特征、底部水挡板和拱形开口，均使其冷却水能与所有热源部位的内外侧大面积的相互接触，使得水冷及时迅速、水冷效果明显提升从而保护了喷嘴不受高温损坏；(3)倾斜的粉末通道和环状的出粉口可以保证粉末均匀准确地与激光束光斑重合，从而提高了粉末的利用率和熔覆质量；(4)惰性气体通道及其环状出气口的设计，使惰性气体能够均匀地分布在熔覆去周围，并提高了气体的利用率减少了气体浪费与泄露；(5)保护罩可以有效避免粘粉、堵粉的现象，方便拆卸与替换，避免了更换整个昂贵的喷嘴而造成不必要的浪费。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1为本专利技术创造的激光熔覆同轴送粉喷嘴的主体上部外观示意图；图2为本专利技术创造的激光熔覆同轴送粉喷嘴的主体下部外观示意图；图3为本专利技术的激光熔覆同轴送粉喷嘴的主体俯视图；图4为图3中沿主体A本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种一体式激光熔覆同轴送粉喷嘴，其特征在于:包括一体成型的主体，所述的主体具有顶壁、外壁(2)和底壁，所述的底壁中心开设有通孔，所述的顶壁中心位置具有开口，开口边缘向下延伸与通孔侧壁相接从而形成激光束通道(1)，所述的顶壁、外壁(2)、底壁和激光束通道(1)的侧壁合围形成空腔，所述的空腔内穿设有若干粉末通道(5‑3)，所述的粉末通道(5‑3)露在主体外部的部分设有粉末进口(5‑1)，所述的底壁开设有与粉末通道(5‑3)连通的粉末出口(5‑2)；所述的空腔内还设有用于充入惰性气体的气体通道(6‑2)，所述的气体通道(6‑2)在主体的外部设有气体进口(6‑1)，所述的底壁上设有与气体通道(6‑2)连通的气体出口(6‑4)；所述的主体上还设有冷却水通道。

【技术特征摘要】
1.一种一体式激光熔覆同轴送粉喷嘴，其特征在于:包括一体成型的主体，所述的主体具有顶壁、外壁(2)和底壁，所述的底壁中心开设有通孔，所述的顶壁中心位置具有开口，开口边缘向下延伸与通孔侧壁相接从而形成激光束通道(1)，所述的顶壁、外壁(2)、底壁和激光束通道(1)的侧壁合围形成空腔，所述的空腔内穿设有若干粉末通道(5-3)，所述的粉末通道(5-3)露在主体外部的部分设有粉末进口(5-1)，所述的底壁开设有与粉末通道(5-3)连通的粉末出口(5-2)；所述的空腔内还设有用于充入惰性气体的气体通道(6-2)，所述的气体通道(6-2)在主体的外部设有气体进口(6-1)，所述的底壁上设有与气体通道(6-2)连通的气体出口(6-4)；所述的主体上还设有冷却水通道。2.根据权利要求1所述的一种一体式激光熔覆同轴送粉喷嘴，其特征在于：所述的粉末通道(5-3)沿送粉方向往靠近激光束通道(1)方向倾斜，所述的粉末通道(5-3)与水平方向的夹角为75°，粉末通道(5-3)延伸线的交点与待熔覆基材之间距离为3mm。3.根据权利要求1所述的一种一体式激光熔覆同轴送粉喷嘴，其特征在于:所述的粉末出口(5-2)为圆弧形粉末出口,圆弧形粉末出口的圆心位于激光束通道(1)的中心轴上，且圆弧形粉末出口沿激光束通道(1)的中心轴周向阵列。4.根据权利要求1所述的一种一体式激光熔覆同轴送粉喷嘴，其特征在于:所述的冷却水通道包括水腔(10)，所述的空腔...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭志学，彭志刚，
申请(专利权)人：江苏镭电嘉成激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32