水下激光-冷喷复合沉积装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种水下激光‑冷喷复合沉积装置，包括排水外罩、排水內罩、送粉头以及振镜装置；排水装置包括排水外罩以及排水內罩；送粉头包括腔体，腔体包括柱状腔以及锥形头；腔体内设置有送粉通道，送粉通道输送的粉末能够落至工件的待加工部位；锥形头悬置在排水內罩中，柱状腔的外壁分别与排水外罩的封闭端、排水內罩的封闭端连接固定；振镜装置包括振镜保护壳以及第一、第二镜片；第一、第二镜片分别设置在振镜保护壳中；射入保护壳的激光能够投射到第一镜片上，经第一镜片反射后，能够投射到第二镜片上，经第二镜片反射后，能够从振镜保护壳中输出至工件的待加工部位。由此可知，本发明专利技术能够实现水下激光‑冷喷复合沉积。

Underwater laser cold spray composite deposition device

【技术实现步骤摘要】
水下激光-冷喷复合沉积装置
本专利技术专利属于水下激光加工
，涉及一种水下激光沉积装置，具体涉及一种水下激光-冷喷复合沉积装置。
技术介绍
冷喷涂技术又称为气体动力喷涂技术，是将有一定塑性的高速固态粒子与基体碰撞后，经过强烈的塑性变形而发生沉积形成涂层的方法。通常以高压气体作为加速介质，携带喷涂粉末进入特殊设计的喷嘴加速，形成超音速气-固两相流，喷涂粒子在固态下碰撞基体，经过剧烈的塑性变形而沉积形成涂层。冷喷涂形成的涂层致密，涂层内部为残余压应力，有利于制备厚涂层。冷喷涂可以应用于增材制造，冷喷涂在设备修复方面也具有广泛的前景，可实现失效部件的现场快速修复但是，单一的冷喷涂技术仍然存在以下缺点：(1)沉积硬度高的涂层材料时，需要氦气作为工作载气，其成本较高；(2)沉积效率及涂层质量很大程度上依赖粉末颗粒与基板材料的特性；(3)涂层与基体的结合主要是机械结合，因此涂层结合强度低。把激光同步引入冷喷涂过程中，如图1所示，通过激光能量辐射对粉末、基体进行熔化处理，瞬间调节和改善材料力学性能和碰撞沉积状态，提高低压冷喷涂的沉积效率、致密度和结合强度。由于激光加热对粉末颗粒和基材的软化作用，喷涂颗粒的临界沉积速度降至原来的一半，能够降低成本，实现高硬度材料的沉积，拓宽冷喷涂沉积材料的范围。公开号为CN105862034A的中国专利技术专利申请公开了一种超音速激光沉积同轴送粉装置，如图2所示，该装置包括激光出光腔、安装筒、挡板、至少一根保护气输送管和至少一个拉瓦尔喷嘴，多个拉瓦尔喷嘴设置在激光通路的外周，所有拉瓦尔喷嘴的中轴线均与激光出光腔射出的激光交汇。上述超音速激光沉积同轴送粉装置虽然实现了激光光斑和粉斑的同轴，无需调节拉瓦尔喷嘴与激光器的相对位置，但是，所有拉瓦尔喷嘴都与基体成一定角度，导致拉瓦尔喷嘴喷射的粉末的入射角大于0度，而不是最理想的垂直入射，直接影响粉末粒子与基体的结合力，最终降低涂层质量。
技术实现思路
为了优化涂层表面质量同时实现水下激光-冷喷复合沉积，本专利技术公开了一种水下激光-冷喷复合沉积装置，保证粉末垂直入射，提高粉末的金属沉积率，并且能够获得较好的涂层质量，利用排水装置实现水下激光-冷喷复合沉积。为实现上述的技术目的，本专利技术将采取如下的技术方案：一种水下激光-冷喷复合沉积装置，包括排水外罩、排水內罩、送粉头以及振镜装置，其中：所述排水装置包括均为半封闭结构的排水外罩以及排水內罩，且排水內罩位于排水外罩内，并同轴设置；送粉头包括腔体，腔体包括柱状腔以及连接在柱状腔一端、内径渐缩的锥形头；腔体内设置有送粉通道，送粉通道输送的粉末能够落至工件的待加工部位；锥形头悬置在排水內罩中，而柱状腔的另一端处于排水外罩的外侧，且柱状腔的外壁分别与排水外罩的封闭端、排水內罩的封闭端连接固定；排水外罩包括外罩本体、贯穿外罩本体封闭端所设置的若干环形均布的进气管路b以及配装在外罩本体的敞口端的橡胶垫片；排水內罩包括內罩本体以及沿着內罩本体的壁面所设置的若干环形均布的进气管路a；各进气管路a均包括连通的进气段、出气段；进气段呈直线状，且进气段的进气端贯穿內罩本体的封闭端设置，外罩本体的封闭端在与进气段的进气端对应的位置处设置通孔；出气段呈弧形状，且出气段的出气端贯穿內罩本体的敞口端面设置，且出气段的轴线与送粉通道的轴线的夹角为锐角；振镜装置包括振镜保护壳以及两个角度可调的镜片；两个镜片分别为第一、第二镜片；振镜保护壳为一端敞口设置的半包围结构；振镜保护壳位于排水外罩中，并通过振镜保护壳的敞口端与排水外罩的封闭端固定而悬置；第一、第二镜片分别设置在振镜保护壳中；且射入保护壳的激光能够投射到第一镜片上，经第一镜片反射后，能够投射到第二镜片上，经第二镜片反射后，能够从振镜保护壳中输出至工件的待加工部位。进一步地，柱状腔外壁间隔地分别设置有第一、第二外套法兰盘；排水外罩、排水內罩的封闭端对应地同轴设置通孔a、通孔b；通孔a、通孔b均套接在柱状腔外围，且通孔a外侧的排水外罩的封闭端通过螺纹紧固件配钻的方式与第一外套法兰盘固定，通孔b外侧的排水内罩的封闭端通过螺纹紧固件配钻的方式与第二外套法兰盘固定。进一步地，进气管路a、b的数量均为8个；进气管路a的进气端通过管线a与空压机连接，且进气管路a的进气端与管线a的连接处通过防水胶密封；进气管路b的进气端通过管线b与空压机连接，且进气管路b的进气端与管线b的连接处通过防水胶密封进一步地，所述的橡胶垫片包括两片对称布置的弧形橡胶垫片，每一片弧形橡胶垫片圆心角均为170°。进一步地，所述送粉通道的输出口与超音速喷嘴连接；送粉通道输出的粉末经超音速喷嘴加速后，能够落至工件的待加工部位。进一步地，第一镜片反射光线的延长线与排水外罩、加工面之间结合线的夹角为40°，而第二镜片反射光线与排水外罩、加工面之间结合线的夹角为25°。进一步地，振镜保护壳的敞口端与排水外罩的封闭端之间通过防水胶粘接密封。根据上述的技术方案，相对于现有技术，本专利技术具有如下的有益效果：（1）本专利技术公开的一种水下激光-冷喷复合沉积装置，在水下工作时，通过内外两套排水装置排水，能够确保局部的干燥环境，能够实现水下冷喷涂-激光复合沉积的稳定加工；（2）利用冷喷涂与工件表面的产生机械结合，当粉末与激光相互作用时，能够快速形成一层质量较好的涂层，（3）本专利技术通过振镜装置，加工过程中无需改变激光器与粉末头的相互位置，能够精确地将激光光斑与粉末结合，获得一层质量较好的涂层。（4）本专利技术喷嘴喷射的方向与基体垂直，提高了粉末粒子与基体的结合力，提高了涂层质量。附图说明图1为超音速激光沉积的原理示意图；图中标记为：100-激光头，200-拉瓦尔喷嘴；图2为一种超音速激光沉积同轴送粉装置；图中标记为：1′-激光出光腔；2′-安装筒；3′-挡板；4′-保护气输送管；5′-拉瓦尔喷管，6′-透光镜，7′-高压气体粉末输送管；11′-激光通路；12′-激光头；图3为本专利技术实施例中的结构示意图；图中标记为：1-送粉头；2-进气管路a；3-第一螺钉孔；4-第一外套法兰盘；5-第二螺钉孔；6-第二外套法兰盘；7-内罩本体；8-外罩本体；9-排水孔；10-弧形垫圈；11-锥形保护壳；12-第一振镜；13-进气管路b；14-第二振镜；15-光纤；16-玻璃胶；17-送粉通道；18-超音速喷嘴。图4为弧形垫圈结构示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。除非另外具体说明，否则在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水下激光-冷喷复合沉积装置，其特征在于，包括排水外罩、排水內罩、送粉头以及振镜装置，其中：/n所述排水装置包括均为半封闭结构的排水外罩以及排水內罩，且排水內罩位于排水外罩内，并同轴设置；/n送粉头包括腔体，腔体包括柱状腔以及连接在柱状腔一端、内径渐缩的锥形头；腔体内设置有送粉通道，送粉通道输送的粉末能够落至工件的待加工部位；/n锥形头悬置在排水內罩中，而柱状腔的另一端处于排水外罩的外侧，且柱状腔的外壁分别与排水外罩的封闭端、排水內罩的封闭端连接固定；/n排水外罩包括外罩本体、贯穿外罩本体封闭端所设置的若干环形均布的进气管路b以及配装在外罩本体的敞口端的橡胶垫片；/n排水內罩包括內罩本体以及沿着內罩本体的壁面所设置的若干环形均布的进气管路a；各进气管路a均包括连通的进气段、出气段；进气段呈直线状，且进气段的进气端贯穿內罩本体的封闭端设置，外罩本体的封闭端在与进气段的进气端对应的位置处设置通孔；出气段呈弧形状，且出气段的出气端贯穿內罩本体的敞口端面设置，且出气段的轴线与送粉通道的轴线的夹角为锐角；/n振镜装置包括振镜保护壳以及两个角度可调的镜片；两个镜片分别为第一、第二镜片；/n振镜保护壳为一端敞口设置的半包围结构；振镜保护壳位于排水外罩中，并通过振镜保护壳的敞口端与排水外罩的封闭端固定而悬置；/n第一、第二镜片分别设置在振镜保护壳中；且射入保护壳的激光能够投射到第一镜片上，经第一镜片反射后，能够投射到第二镜片上，经第二镜片反射后，能够从振镜保护壳中输出至工件的待加工部位。/n...

【技术特征摘要】
1.一种水下激光-冷喷复合沉积装置，其特征在于，包括排水外罩、排水內罩、送粉头以及振镜装置，其中：
所述排水装置包括均为半封闭结构的排水外罩以及排水內罩，且排水內罩位于排水外罩内，并同轴设置；
送粉头包括腔体，腔体包括柱状腔以及连接在柱状腔一端、内径渐缩的锥形头；腔体内设置有送粉通道，送粉通道输送的粉末能够落至工件的待加工部位；
锥形头悬置在排水內罩中，而柱状腔的另一端处于排水外罩的外侧，且柱状腔的外壁分别与排水外罩的封闭端、排水內罩的封闭端连接固定；
排水外罩包括外罩本体、贯穿外罩本体封闭端所设置的若干环形均布的进气管路b以及配装在外罩本体的敞口端的橡胶垫片；
排水內罩包括內罩本体以及沿着內罩本体的壁面所设置的若干环形均布的进气管路a；各进气管路a均包括连通的进气段、出气段；进气段呈直线状，且进气段的进气端贯穿內罩本体的封闭端设置，外罩本体的封闭端在与进气段的进气端对应的位置处设置通孔；出气段呈弧形状，且出气段的出气端贯穿內罩本体的敞口端面设置，且出气段的轴线与送粉通道的轴线的夹角为锐角；
振镜装置包括振镜保护壳以及两个角度可调的镜片；两个镜片分别为第一、第二镜片；
振镜保护壳为一端敞口设置的半包围结构；振镜保护壳位于排水外罩中，并通过振镜保护壳的敞口端与排水外罩的封闭端固定而悬置；
第一、第二镜片分别设置在振镜保护壳中；且射入保护壳的激光能够投射到第一镜片上，经第一镜片反射后，能够投射到第二镜片上，经第二镜片反射后，能够从振镜保护壳中输出至工件的待加工部位。


2.根据权利要求1所述的水下激光...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪中华，孙桂芳，严乾，卢轶，王占栋，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32