一种细束流激光金属沉积光内同轴送粉喷嘴装置制造方法及图纸

本发明专利技术公布了一种细束流激光金属沉积光内同轴送粉喷嘴装置，包括用于大幅减小载气流速的气粉分离器，用于传输保护气的保护气管和用于传输气粉混合流的送粉管。送粉管上端嵌套有气粉分离器对载气进行排放以降低载气流速，外套装有保护气管。保护气管和送粉管之间具有间隙，形成环状保护气通路。环状保护气对粉末束流起汇聚约束作用，还起到对熔池进行气氛保护和增加粉末粒子速度以提高粉末束流抗干扰能力。本发明专利技术通过在单根送粉管上加装气粉分离器大幅降低载气流速和外加环状保护气的方案，显著降低了粉末束流发散度，形成细束粉末粒子流送至激光焦斑附近，有利于减小激光金属沉积的熔池大小、提高光/粉耦合效果和粉末利用率。提高光/粉耦合效果和粉末利用率。提高光/粉耦合效果和粉末利用率。

【技术实现步骤摘要】
一种细束流激光金属沉积光内同轴送粉喷嘴装置


[0001]本专利技术涉及激光金属沉积设备领域，具体是一种具有细束流的用于激光金属沉积的光内同轴送粉喷嘴装置。

技术介绍

[0002]激光金属沉积技术具有精度高，热输入小，生产效率高，绿色制造等优势，在汽车，船舶和航空航天等领域得到广泛应用。但在金属沉积过程中，作为离散相的粉末粒子，无法全部落入熔池而造成粉末材料浪费的问题一直无法得到妥善解决。作为光粉耦合作用中的一方，粉末束流形态与粉末利用率息息相关，发散度较小的粉末束流利于获得更高的粉末利用率，而粉末束流发散度又主要受送粉方式和送粉工艺影响。
[0003]目前激光金属沉积送粉方式主要有旁轴送粉和同轴送粉两种方式，因同轴送粉有效解决了旁轴送粉受扫描方向的限制问题而得到更广泛的应用。同轴送粉方式又可分为光外同轴送粉和光内同轴送粉，目前应用较多的是光外同轴送粉方式，但其粉末束流发散严重，粉末利用率提升效果甚微。而光内同轴送粉方式因采用单根直管进行粉末传输，具有获得更小粉末束流发散度的潜力，但受气流和粉末粒子与管壁碰撞等各种因素影响，其粉末束流发散仍比较严重，粉末利用率还有很大提升空间。
[0004]研究发现，光内同轴送粉方式的粉末束流发散度随载气减小和保护气增加而减小，但是从送粉器到送粉喷嘴装置通常要经过一段长达数米的送粉软管，载气流速过小会造成粉末输送不畅甚至堵粉等情况的发生，而保证送粉顺畅的载气流速下限又需要极大的保护气流速才能得到发散度较小的粉末束流，但过大的保护气流速对溶池扰动作用大幅增加甚至产生严重的飞溅，成形质量显著降低，这便形成了一对难以平衡的矛盾。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种具有细束流激光金属沉积光内同轴送粉喷嘴装置，通过设置气粉分离器和保护气管解决激光金属沉积过程中粉末束流过于发散和材料利用率较低的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]一种细束流激光金属沉积光内同轴送粉喷嘴装置，包括用于大幅减小载气流速的气粉分离器，用于传输保护气的保护气管和用于传输气粉混合流的送粉管，所述的气粉分离器上设置排气孔和出粉孔，所述送粉管为单根直管，上端嵌套所述气粉分离器与所述出粉孔连通，所述排气孔对载气进行排放以降低载气流速；所述送粉管中部和下端外套所述保护气管，保护气管和送粉管之间具有间隙，形成环状保护气通路；环状保护气通路内通入环状保护气，环状保护气对粉末束流起汇聚约束作用，同时还起到对熔池进行气氛保护和提高粉末粒子速度以提高粉末束流抗干扰能力。
[0008]作为进一步的技术方案，所述气粉分离器由基座、锥嘴和外罩叠加套装而成；所述的基座与锥嘴之间形成空腔；所述基座侧面开有排气孔，中心开有进粉孔和基座出粉孔，基
座出粉孔与空腔连通，基座下端外套装所述锥嘴；在所述的锥嘴上端沿侧壁开有环形阵列孔，下端开有出粉孔；所述的出粉孔与送粉管相连通。
[0009]作为进一步的技术方案，所述的锥嘴包括多级，多级锥嘴依次套装，每级锥嘴的均设置有环形阵列孔和出粉孔，且相邻锥嘴之间形成连通的空腔。
[0010]作为进一步的技术方案，所述基座出粉孔直径大于所述锥嘴的出粉孔直径。
[0011]作为进一步的技术方案，多级锥嘴的出粉孔直径沿着气粉的流动方向，逐级减少。
[0012]作为进一步的技术方案，沿着气粉的流动方向，上一级锥嘴外壁面锥角小于等于下一级锥嘴内壁面锥角。
[0013]作为进一步的技术方案，所述保护气管由进气弯管、保护气直管和保护气锥嘴组成；所述进气弯管焊接在保护气直管上端侧面进行固定连接，所述保护气锥嘴通过螺纹固定连接在保护气直管下端。
[0014]作为进一步的技术方案，所述送粉管由送粉长管和送粉毛细短管焊接组成，所述送粉毛细短管焊接在送粉长管下端，且所述送粉长管内径等于所述送粉毛细短管外径。
[0015]作为进一步的技术方案，所述送粉毛细短管下端面离保护气锥嘴下端面的具有设定距离。
[0016]作为进一步的技术方案，所述保护气锥嘴下端内壁面均匀布设有条状凸起，用于限位所述送粉毛细短管。
[0017]上述本专利技术的实施例的有益效果如下：
[0018]1.本专利技术设计了一种细束流激光金属沉积光内同轴送粉喷嘴装置，采用气粉分离器降低了从送粉器长距离传输过来的载气流速，以达到降低粉末束流发散度和粉末粒子速度的目的，同时多级分离方案保证了气粉分离过程中随分离气流而被排出的粉末粒子数量较少；
[0019]2、本专利技术采用环状保护气对粉末束流进行汇聚约束，进一步降低了粉末束流发散度，最终大大提高粉末束流汇聚效果，形成稳定的细束流，进而使光/粉耦合质量和粉末利用率得到大幅提升；
[0020]3、本专利技术环状保护气还起到对熔池进行气氛保护和加速粉末粒子以提高粉末束流抗干扰能力；
[0021]4、本专利技术送粉喷嘴装置整体结构紧凑，拆装方便，整体长度和外形尺寸等结构参数可根据激光金属沉积加工头的结构约束条件选择调整范围大，可保证长时间均匀稳定送粉过程。
附图说明
[0022]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0023]图1是本专利技术的整体结构剖面示意图；
[0024]图2是采用本专利技术进行激光金属沉积的示意图；
[0025]图3是采用本专利技术改善前后进行送粉试验对比图；
[0026]图4是采用本专利技术进行单道熔覆试验的熔道截面对比图；
[0027]图中：1
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气粉分离器，11
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基座，111
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进粉孔，112
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L型排气孔，113
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基座出粉孔，
114
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一级空腔，12
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一级锥嘴，121
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一级环形阵列孔，122
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一级出粉孔，123
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二级空腔，13
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二级锥嘴，131
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二级环形阵列孔，132
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二级出粉孔，133
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三级空腔，14
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三级锥嘴，141
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三级环形阵列孔，142
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三级出粉孔，143
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四级空腔，15
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外罩，2
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保护气管，21
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进气弯管，22
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保护气直管，23
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保护气锥嘴，231
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条状凸起，3
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送粉管，31
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送粉长管，32
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送粉毛细短管。
具体实施方式
[0028]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本专利技术使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属技本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种细束流激光金属沉积光内同轴送粉喷嘴装置，其特征在于：包括用于大幅减小载气流速的气粉分离器，用于传输保护气的保护气管和用于传输气粉混合流的送粉管，所述的气粉分离器上设置排气孔和出粉孔，所述送粉管为单根直管，上端嵌套所述气粉分离器与所述出粉孔连通，所述排气孔对载气进行排放以降低载气流速；所述送粉管中部和下端外套所述保护气管，保护气管和送粉管之间具有间隙，形成环状保护气通路。2.如权利要求1所述的细束流激光金属沉积光内同轴送粉喷嘴装置，其特征在于：所述气粉分离器由基座、锥嘴和外罩叠加套装而成；所述的基座与锥嘴之间形成空腔；所述基座侧面开有排气孔，中心开有进粉孔和基座出粉孔，基座出粉孔与空腔连通，基座下端外套装所述锥嘴；在所述的锥嘴上端沿侧壁开有环形阵列孔，下端开有出粉孔；所述的出粉孔与送粉管相连通。3.如权利要求2所述的细束流激光金属沉积光内同轴送粉喷嘴装置，其特征在于：所述的锥嘴包括多级，多级锥嘴依次套装，每级锥嘴均设置有环形阵列孔和出粉孔，且相邻锥嘴之间形成连通的空腔。4.如权利要求3所述的细束流激光金属沉积光内同轴送粉喷嘴装置，其特征在于：所述基座出粉孔直径大于所述锥嘴的出粉孔直径...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈永雄，王开心，梁秀兵，孔令超，吴宇翔，李竞龙，王洁，胡振峰，
申请(专利权)人：中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：