垂直面送粉激光熔覆喷嘴制造技术

一种垂直面送粉激光熔覆喷嘴，属激光材料加工领域。本喷嘴由上体，中间体和下体三部分组成。本喷嘴采用双路对称送粉结构，确保垂直面送粉各方向的均匀性；采用双路保护气结构，确保激光熔覆熔池的良好惰性气体保护。本喷嘴适用于内侧和外侧垂直面送粉激光熔覆和激光和合金化等领域。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及内侧和外侧垂直面送粉激光熔覆喷嘴的结构设计，属于激光材料加工
中国专利专利技术名称为“垂直装卸的分体式激光熔覆同轴送粉喷嘴”(申请号00100041.1，公开号CN 1255411A)，公开了一种喷嘴结构。该专利技术喷嘴由内外套接的内锥筒、中间锥筒、外锥筒、冷却水挡板和喷头组成多层同心锥筒，包含同轴光路通道、粉路通道、保护气体通道和冷却水通道。其中粉末通道由中间锥筒与外锥筒构成，外锥筒上部包含四个切向人口将粉末引入，切向入口下面安置微孔漏筛。进入粉末通道的四路粉末流在输送气体的带动下迅速分散在筛环的圆周面上，再从微孔漏筛环圆周上均布的数十个微孔中均匀地漏下，沿粉末通道向下运动、聚后在出口处形成均匀的会聚同轴粉末锥流，使得激光熔覆各向同性，克服了单管侧向送粉熔覆各向异型性等一系列不足。该专利技术具有三层锥体同时冷却、灵活方便的垂直装卸、粉末流主动均匀化、光斑直径灵活调节、内锥头部可更换、端部抗激光反射和粉末回收等优点，适应于单道激光熔覆以及激光快速制造，激光合金化、激光相变硬化和激光焊接等用会聚窄光束的场合。中国专利专利技术名称为“可调宽带双向对称送粉激光熔覆喷嘴”(申请号01110132.6，公开号CN 1319459A)，公开了另一种喷嘴结构。该专利技术喷嘴由相互联接的上体与下体两部分组成；该下体包括同轴设置的外园锥体、中间矩形体、下部矩形体、可更换矩形喷头、由数组宽带送粉头和冷却水腔构成的两组送粉座组成；中间矩形体设置在外圆锥体、中间矩形体之间，并向下延伸与可更换矩形喷头相连，该两组送粉座对称安装在外圆锥体下部及可更换矩形喷头外面的两侧。该专利技术具有实用化、多性能、使用方便的优点，能克服离焦光斑多道搭接的不足，明显改善熔覆层的平整性、性能均匀性和熔覆效率，特别适用于大面积送粉激光熔覆、大面积送粉激光合金化、大面积预置粉激光熔覆、大面积预置粉激光合金化、大面积激光重熔、大面积激光相变硬化等广泛的应用领域。上述喷嘴能很好地应用于水平面激光熔覆场合，但不能应用于垂直面的熔覆场合。本专利技术垂直面送粉激光熔覆喷嘴，由相互联接的上体、中间体和下体三部分组成；其特征在于，该下体包括水冷空心圆柱体主体、斜面水冷反射镜座和反射镜以及空心锥形粉嘴组成；其中，所说的斜面反射镜座设置在空心圆柱体主体底部并与其相连，其上安置反射镜；所说的空心锥形粉嘴设置在空心圆柱体左下部并同时与圆柱体和斜面反射镜座用螺钉相连。所说的水冷空心圆柱体主体中心为一大圆柱形通孔，作为光束通道；在圆柱体主体端面开有5个直孔，左侧3个，右侧2个，其中左侧两边的2个直孔为送粉通道，中间的孔为保护气体通道；右侧的2个孔底部相连，为冷却水回路通道；所说的空心锥形粉嘴自右上至左下开4个斜锥孔，中间的大斜锥孔为光束通道，左上部的3个小斜锥孔的入口分别与空心圆柱体左侧的3个直孔的出口对应，其中两边的2个小斜锥孔为粉末通道，其出口呈汇聚状，使喷出的粉末汇聚成一束粉流，中间的小斜锥孔为闭环气体通道；所说的斜面反射镜座为斜面柱体，斜面上安置反射镜，其斜面角度保证从圆柱体空心垂直入射的激光束经反射镜反射后能从空心锥形粉嘴的中间大斜锥孔出去。斜面反射镜座底部挖一孔腔，为水冷却通道。所说的上体由外螺纹套筒和套于其内的活动内螺纹套筒组成；该外螺纹套筒为整个喷嘴与激光加工工作头的联接件，外螺纹套筒和内螺纹套筒组成光束离焦量即光斑大小和熔覆道宽度调节机构。中间体为两端不同直接的圆筒体，一端直径与上体相同，一端直径与下体相同。上体和中间体之间采用扣瓣联接，该扣瓣的扣固定在上体外螺纹套筒的下端，瓣固定在中间体的一端，构成本喷嘴的分体结构和垂直装卸功能。所说上体内螺纹套筒下端可有一个凸台，中间体的上端有一个凹槽，安装时由它们实现精确定位。中间体和下体用螺纹连接。所说的水冷空心圆柱体主体中心大圆柱形通孔、斜面反射镜和空心锥形粉嘴中间大斜锥孔构成汇聚激光束通道和轴向保护气通道；所说的水冷空心圆柱体主体左侧两边的2个直孔和空心锥形粉嘴左上部两边的2个小斜锥孔构成两路汇聚粉末流通道；所说的水冷空心圆柱体主体左侧中间的1个直孔和空心锥形粉嘴左上部中间的1个小斜锥孔构成另一路保护气体通道；所说的水冷空心圆柱体主体右侧的2个底部相通的直孔构成主体冷却水通道；所说的斜面反射镜座底部孔腔为反射镜冷却水通道。本专利技术的功能及特点如下(1)本专利技术喷嘴主体由水冷空心圆柱体主体、位于圆柱体底部的斜面水冷反射镜座和反射镜以及位于左下部的空心锥形粉嘴组成。水冷空心圆柱体主体中心大圆柱形通孔、斜面反射镜和空心锥形粉嘴中间大斜锥孔构成汇聚激光束通道，并由斜面反射镜形成入射聚焦激光束的折弯功能；水冷空心圆柱体主体左侧两边的2个直孔和空心锥形粉嘴左上部两边的2个对应小斜锥孔构成两路汇聚粉末流通道，并由空心锥形粉嘴左上部的小斜锥孔形成粉末流的折弯和汇聚功能；折弯聚焦激光束与折弯汇聚粉末流汇聚于喷嘴外一空间点，形成本喷嘴的垂直面送粉激光熔覆功能；(2)本专利技术喷嘴特别采用两路对称送粉结构，由水冷空心圆柱体主体左侧两边的2个直孔和空心锥形粉嘴左上部两边的2个对应小斜锥孔构成，两路对称粉末流由各自的小斜锥孔汇聚并相交于聚焦光束焦点，确保了垂直面送粉激光熔覆各方向的送粉均匀性和熔覆均匀性；(3)本专利技术喷嘴采用双路水冷却结构，分别由水冷空心圆柱体主体右侧的2个底部相通的直孔构成主体冷却水通道和斜面反射镜座底部的孔腔构成反射镜冷却水通道，确保了本专利技术喷嘴主体各关键构件的良好冷却和长时间稳定工作；(4)本专利技术喷嘴采用双路保护气结构，分别由水冷空心圆柱体主体中心大圆柱形通孔、斜面反射镜和空心锥形粉嘴中间大斜锥孔构成轴向保护气通道以及由水冷空心圆柱体主体左侧中间的1个直孔和空心锥形粉嘴左上部中间的1个对应小斜锥孔构成另一路保护气体通道，确保了斜面反射镜的良好防污染和溅射气体保护以及激光熔覆熔池的良好惰性气体保护；(5)本专利技术喷嘴上体采用双层螺纹套筒结构，调节两螺纹套筒的相对位置即可实现激光束离焦量的无级调节，也即汇聚粉末处激光束光斑大小和熔覆道宽度的无级调节；(6)本专利技术喷嘴采用上体和中间体分体结构，上体以可更换的螺纹活动筒的内螺纹实现与各种激光加工工作头的过渡联接。只要改变其直径和螺距，本喷嘴即可方便地与任何激光加工工作头实现连接。上体与中间体之间采用扣瓣联接，实现垂直装卸功能及精确定位。(7)本专利技术喷嘴采用一粉末均分器将输入粉末流均匀分成两路，连接到喷嘴下主体空心圆柱体左侧的两个粉末流入口。本专利技术喷嘴的适用领域为内侧和外侧垂直面送粉激光熔覆和激光合金化、预置粉激光熔覆和激光合金化、激光重熔和激光相变硬化等广泛的应用领域。本专利技术设计出一种针对垂直面激光熔覆的双路对称送粉的可调宽度的垂直装卸的分体式送粉喷嘴，其实施例结合附图说明如下本实施例的主要结构如图1所示。本专利技术垂直面送粉激光熔覆喷嘴，由相互联接的上体、中间体和下体三部分组成；喷嘴上体由内螺纹套筒11和外螺纹套筒12组成；喷嘴中间体21为过渡连接构件；喷嘴下体由水冷空心圆柱体主体31、斜面水冷反射镜座33和反射镜34以及空心锥形粉嘴36组成。上体和中间体采用扣瓣联接，形成垂直装卸功能。内螺纹套筒11为整个喷嘴与激光加工工作头的联接件，外螺纹套筒12和内螺纹套筒11组成离焦量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种垂直面送粉激光熔覆喷嘴，其特征是由相互联结的上体、中间体和下体三部分组成，所说的下体包括水冷空心圆柱体主体、斜面水冷反射镜座和反射镜以及空心锥形粉嘴组成；其中，所说的斜面反射镜座设置在空心圆柱体主体底部并与其相连，其上安置反射镜；所说的空心锥形粉嘴设置在空心圆柱体左下部并同时与圆柱体和斜面反射镜座用螺钉相连；所说的水冷空心圆柱体主体中心为一大圆柱形通孔，作为光束通道；在圆柱体主体端面开有５个直孔，左侧３个，右侧２个，其中左侧两边的２个直孔为送粉通道，中间的孔为保护气体 通道；右侧的２个孔底部相连，为冷却水回路通道；所说的空心锥形粉嘴自右上至左下开４个斜锥孔，中间的大斜锥孔为光束通道，左上部的３个小斜锥孔的入口分别与空心圆柱体左侧的３个直孔的出口对应，其中两边的２个小斜锥孔为粉末通道，其出口呈汇聚状，使 喷出的粉末汇聚成一束粉流，中间的小斜锥孔为闭环气体通道；所说的斜面反射镜座为斜面柱体，斜面上安置反射镜，其斜面角度保证从圆柱体空心垂直入射的激光束经反射镜反射后能从空心锥形粉嘴的中间大斜锥孔出去；斜面反射镜座底部挖一孔腔，为水冷却通道； 所说的上体由外螺纹套筒和套于其内的活动内螺纹套筒组成；该外螺纹套筒为整个喷嘴与激光加工工作头的联接件，外螺纹套筒和内螺纹套筒组成光束离焦量即光斑大小和熔覆道宽度调节机构；中间体为两端不同直接的圆筒体，一端直径与上体相同，一端直径与下 体相同；上体和中间体之间采用扣瓣联接，该扣瓣的扣固定在上体外螺纹套筒的下端，瓣固定在中间体的一端，构成本喷嘴的分体结构和垂直装卸功能；所说上体内螺纹套筒下端可有一个凸台，中间体的上端有一个凹槽，安装时由它们实现精确定位；中间体和下体用螺纹连接。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：钟敏霖，刘文今，李凤生，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]