专利名称：同轴粉丝复合送料激光熔覆喷嘴结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及激光加工应用领域，尤其涉及一种同轴粉丝复合送料激光熔覆喷嘴结构。
背景技术：
激光熔覆是通过在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度激光束辐照加热，使熔覆材料和基材表面薄层发生熔化，并快速凝固，从而在基材表面形成冶金结合的熔覆层。 同步送料技术是指将金属材料准确、均勻、稳定地投入成形面上按预定轨迹作动态扫描运动的激光光斑内，使被熔材料和高能激光束精确耦合，它是保证成形质量的关键技术。目前针对激光熔覆的送料方式研究较多的是同轴送粉激光熔覆技术和同步送丝激光熔覆技术， 用于激光熔覆送料的喷嘴也主要针对这两种工艺方法设计的。现有技术中的送粉激光熔覆装置仍未实现粉束与激光真正意义上的同轴，各送粉管的轴线仍然相对光束倾斜，存在扫描方向性，且粉束之间相互碰撞，汇聚后粉斑尺寸较大，沿轴线的粉末密度变化大，激光束与粉末耦合效应不高，热作用效率低，粉末利用率低 (一般低于30% )，成形件表面质量差。现有技术中的送丝激光熔覆方面，目前研究较多的是丝材从激光束外围侧向送进，这在进行一维熔覆时，只需将各个加工参数调整到较佳就可以得到较好的熔道。但在激光熔覆直接制造过程中，需要进行二维或三维扫描，其扫描方向性的影响就凸显出来，熔道质量和形貌都是各向异性的。送丝喷嘴与激光头是相对独立的，二者的联动效果差，造成激光束焦点、金属丝材以及熔覆加工面三者之间对中困难，耦合效果较差；并且，丝材对激光的反射率高于粉末，熔覆时需要输入较高的功率。相关的现有技术可参阅于2010年6月16日公开的中国大陆发明专利申请第 CN101733550A号，该专利揭示了一种送丝送粉复合激光熔覆成形方法及装置，其结构原理为一圆筒内设有圆锥反射镜及圆环形聚焦反射镜，射入圆筒的圆形激光束先经过圆锥镜的扩束，再经过圆环镜的聚焦，获得圆环锥形聚焦光束。而在锥镜的下方有一较大的中空无光区，粉管和焊丝以及保护气管从侧面进入，并在此经调解机构后垂直向下输送，与外围汇聚的激光束在基体表面耦合，从而形成熔池，实现光内同轴送粉送丝复合激光熔覆。但是该结构中只是将粉、丝和保护气简单的耦合，结构上不能保证三者由喷嘴输出后的位置精度和同轴度，从而降低了熔覆层的质量。因此，针对上述技术问题，有必要提供一种改良结构的同轴粉丝复合送料激光熔覆喷嘴结构，以克服上述缺陷。
实用新型内容有鉴于此，本实用新型提供一种同轴粉丝复合送料激光熔覆喷嘴结构，该同轴粉丝复合送料激光熔覆喷嘴结构克服了现有喷嘴的不足，改进后的喷嘴可实现同时同轴送粉和送丝，且丝被粉束均勻包裹，粉、丝以及保护气由喷嘴输出后能够高度同轴，精确耦合。[0008]为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案一种同轴粉丝复合送料激光熔覆喷嘴结构，包括位于上端的连接头、输丝导向套、 粉末导向套、保护气套、粉末分离腔、粉末汇聚腔以及气体汇聚腔，所述连接头内部依次连接有输气孔、输丝管以及输粉管，所述输气孔与保护气套连接，所述输丝管与输丝导向套连接，所述输粉管与粉末导向套连接，所述输丝导向套的中部设有一个大直径段，所述大直径段与粉末导向套的内壁同轴配合，所述大直径段沿圆周均勻分布有若干粉末输送孔，所述粉末输送孔连接粉末分离腔和粉末汇聚腔，粉末经过粉末输送孔均勻由粉末汇聚腔转移到粉末分离腔内，所述粉末导向套的外围设有若干半圆槽，所述若干半圆槽与保护气套配合后形成若干半圆吹孔，保护气经过半圆吹孔均勻吹出。优选的，在上述同轴粉丝复合送料激光熔覆喷嘴结构中，所述大直径段与粉末导向套之间形成环形间隙。优选的，在上述同轴粉丝复合送料激光熔覆喷嘴结构中，所述连接头的上端为大直径的圆形台阶，所述圆形台阶安装在一个激光熔覆光头内的调节机构上。优选的，在上述同轴粉丝复合送料激光熔覆喷嘴结构中，所述输丝导向套上端与连接头下端的输丝管螺纹连接。优选的，在上述同轴粉丝复合送料激光熔覆喷嘴结构中，所述粉末导向套的上端与连接头的下端密封连接。优选的，在上述同轴粉丝复合送料激光熔覆喷嘴结构中，所述保护气套的上部内侧与连接头的下部外侧螺纹密封连接。优选的，在上述同轴粉丝复合送料激光熔覆喷嘴结构中，所述输丝导向套和粉末导向套之间形成粉末流动腔体，所述粉末导向套与保护气套之间形成气体流动腔体。优选的，在上述同轴粉丝复合送料激光熔覆喷嘴结构中，所述输丝导向套的内部开设有矫直并垂直输出丝材的细孔。从上述技术方案可以看出，本实用新型实施例同轴粉丝复合送料激光熔覆喷嘴结构可实现同时同轴送粉和送丝，且丝被粉束均勻包裹，粉、丝以及保护气由喷嘴输出后能够高度同轴，精确耦合，并通过设置六个粉末输送孔，使得所述输丝导向套大径外表面与粉末导向套内壁精密配合，保证两者端部同轴，通过设置八个半圆槽对输出的粉末进行保护矫直。
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的有关本实用新型的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本实用新型同轴粉丝复合送料激光熔覆喷嘴结构的剖视图；图2为本实用新型同轴粉丝复合送料激光熔覆喷嘴结构中输丝导向套的剖视图；图3为图2中输丝导向套的俯视图；图4为本实用新型同轴粉丝复合送料激光熔覆喷嘴结构中粉末导向套的剖视图；图5为图4中粉末导向套的俯视图。[0024]1、连接头11、输气孔12、输丝管13、输粉管2、输丝导向套21、大直径段 22、粉末输送孔3、粉末导向套31、半圆槽4、保护气套5、粉末分离腔6、粉末输送孔7、粉末汇聚腔8、气体汇聚腔
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行详细地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。本实用新型公开了一种同轴粉丝复合送料激光熔覆喷嘴结构，该同轴粉丝复合送料激光熔覆喷嘴结构克服了现有喷嘴的不足，改进后的喷嘴可实现同时同轴送粉和送丝， 且丝被粉束均勻包裹，粉、丝以及保护气由喷嘴输出后能够高度同轴，精确耦合。请参阅图1至图5所示，所述同轴粉丝复合送料激光熔覆喷嘴结构主要包括位于上端的连接头1、输丝导向套2、粉末导向套3以及保护气套4四个组成部件。所述同轴粉丝复合送料激光熔覆喷嘴结构还包括粉末分离腔5、粉末输送孔6、粉末汇聚腔6以及气体汇聚腔7。请继续参阅图1所示，所述连接头1为同轴粉丝复合送料激光熔覆喷嘴结构的主要基体部件，其上端为大直径的圆形台阶，可以安装在一个激光熔覆光头内的调节机构上， 使喷嘴可以进行二维位置的移动，从而使粉末和丝材能够和激光精确的汇聚。所述连接头 1内部开有三个保护气管，从左至右依次为输气孔11、输丝管12和输粉管13。所述输气孔 11与保护气套4连接。所述输丝管12与输丝导向套2连接。所述输粉管13与粉末导向套3连接。所述连接头1的下端从内至外依次与所述输丝导向套2螺纹连接，与所述粉末导向套3密封连接，与所述保护气套4螺纹连接，如此设置，使得所述输丝导向套2和所述粉末导向套3之间形成粉末流动腔体，使所述粉末导向套3与所述保护气套4之间形成气体流动腔体。请参阅图2及图3所示，所述输丝导向套2中部有一个大直径段21，所述大直径段 21与粉末导向套3的内壁在配合上有同轴度要求，可以保证大直径段21与粉末导向套3的下端同轴，所述大直径段21与粉末导向套3之间形成壁厚均勻的环形间隙。所述大直径段 21沿圆周分布有六个直径为Imm的粉末输送孔22。所述粉末输送孔22将粉末分离腔5和粉末汇聚腔6串通起来，使粉末在粉末汇聚腔6内混合后能由所述六个粉末输送孔22快速均勻的进入到粉末分离腔5，在保证粉末能够快速输送的同时也能保证粉末能够分布均勻。请参阅图4及图5所示，所述粉末导向套3的下部外侧有八个半圆槽31，所述八个半圆槽31与保护气套4配和后形成八个半圆吹孔，在保证保护气能够沿圆周均勻吹出的同时，也可以最大程度上减小喷嘴下端的直径尺寸，防止喷嘴下端被激光烧损。所述同轴粉丝复合送料激光熔覆喷嘴结构的工作原理是将输气孔11、输丝管12 和输粉管13从左至右依次接入连接头1上部的三个安装孔内，丝材由输丝管12送入到连接头1中部，接着丝材进入到输丝导向套2上端的0. 8mm的细孔内并沿着细孔前进，经过细孔的矫直后，丝材由输丝导向套下端垂直送出；粉末从输粉管13进入到连接头1右侧，接着粉末进入粉末导向套3内并往下垂直送进粉末汇聚腔6内，此时粉末经过汇聚和流动，在粉末汇聚腔6内分布比较均勻，接着粉末由六个粉末输送孔22均勻快速的转移到粉末分离腔5内，在粉末分离腔5内粉末进一步的混合，然后进入环形间隙，经过环形间隙长距离的导向后在喷嘴的下端包裹着丝材均勻的送出；保护气从输气孔11进入到连接头1左侧，接着保护气进入保护气套4内并由保护气套4下部的横向小孔进入到气体汇聚腔7内，保护气在气体汇聚腔7里分布均勻后往下流动，然后从喷嘴下部八个半圆槽31内等量均勻的吹出，对粉束进行保护和整形，减小粉末的扩散，使粉末流包裹着丝材准确的输送到基体表面，与环形激光束汇聚，进行激光熔覆。本实用新型实施例的同轴粉丝复合送料激光熔覆喷嘴结构中，所述输丝导向套2 上端与连接头1下端的输丝管12螺纹连接，既可保证两者连接紧固，又可防止粉末从粉末汇聚腔6流进输丝管12 ；输丝导向套2的中部有六个粉末输送孔22，能够保证粉末快速均勻的由粉末汇聚腔6转移到粉末分离腔5 ；同时输丝导向套2的中部与粉末导向套3的中部内侧精确配合，可以保证两者下端同轴，使输出的粉末均勻的包裹在丝材的周围。本实用新型实施例的同轴粉丝复合送料激光熔覆喷嘴结构中，所述粉末导向套3 的上端面与连接头1的下端面密封连接，可以隔断粉末汇聚腔6和气体汇聚腔7 ；所述粉末导向套3的内侧中部与输丝导向套2的中部精确配合，可以保证两者下端同轴；所述粉末导向套3的下端外侧开有八个半圆槽31，所述八个半圆槽31与保护气套4配合后形成八个半圆孔，保护气从气体汇聚腔7由这沿圆周分布的八个半圆孔均勻吹出，对输出的粉末进行保护矫直。本实用新型实施例的同轴粉丝复合送料激光熔覆喷嘴结构中，所述保护气套4的上部内侧与连接头1的下部外侧螺纹密封连接，防止气体由气体汇聚腔7的上部漏出；所述保护气套4的下部内侧与粉末导向套3的下部外侧精密配合，形成八个半圆孔；同时其下部拐角将粉末导向套3向上挤压，使粉末导向套3的上端面与连接头1的下端面密封连接。本实用新型实施例的同轴粉丝复合送料激光熔覆喷嘴结构实现了粉末、丝材和保护气的同时同轴垂直输送，可用于单独送粉激光熔覆、单独送丝激光熔覆、激光焊接等场合，也可用于同轴粉丝复合激光熔覆，并且通过改变送入本喷嘴的丝材和粉末的配比，可以实现功能梯度材料或零件的激光熔覆。本实用新型实施例的同轴粉丝复合送料激光熔覆喷嘴结构中的输丝导向套2的中部与粉末导向套3的中部内侧精确配合，可以保证两者下端同轴且留有圆环间隙，使输出的粉末均勻的包裹在丝材的周围，实现粉末与丝材的完美结合。本实用新型实施例的同轴粉丝复合送料激光熔覆喷嘴结构在粉末导向套3与输丝导向套2之间设置长度为15mm的垂直圆环间隙，可以保证粉末离开喷嘴后仍垂直送出， 降低粉末的发散。本实用新型实施例的同轴粉丝复合送料激光熔覆喷嘴结构在输丝导向套2的内部开设0. 8mm的细孔，在容许丝材通过的同时也可对丝材进行一定程度上的矫直，保证丝材的垂直输出。本实用新型实施例的同轴粉丝复合送料激光熔覆喷嘴结构将保护气由粉束外围一图均为分布的半圆孔吹出，既可以保证保护气的分布均勻，又可以减小保护气与粉束的距离，加强保护气对粉束的准直作用。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
权利要求1.一种同轴粉丝复合送料激光熔覆喷嘴结构，其特征在于包括位于上端的连接头 (1)、输丝导向套O)、粉末导向套(3)、保护气套G)、粉末分离腔(5)、粉末汇聚腔(6)以及气体汇聚腔(7)，所述连接头(1)内部依次连接有输气孔(11)、输丝管(1 以及输粉管 (13)，所述输气孔(11)与保护气套(4)连接，所述输丝管(1 与输丝导向套( 连接，所述输粉管(1 与粉末导向套C3)连接，所述输丝导向套O)的中部设有一个大直径段(21)， 所述大直径段与粉末导向套(3)的内壁同轴配合，所述大直径段沿圆周均勻分布有若干粉末输送孔(22)，所述粉末输送孔0 连接粉末分离腔( 和粉末汇聚腔(6)， 粉末经过粉末输送孔0 均勻由粉末汇聚腔(6)转移到粉末分离腔(5)内，所述粉末导向套(3)的外围设有若干半圆槽(31)，所述若干半圆槽(31)与保护气套(4)配合后形成若干半圆吹孔，保护气经过半圆吹孔均勻吹出。
2.根据权利要求1所述的同轴粉丝复合送料激光熔覆喷嘴结构，其特征在于所述大直径段与粉末导向套(3)之间形成环形间隙。
3.根据权利要求1所述的同轴粉丝复合送料激光熔覆喷嘴结构，其特征在于所述连接头(1)的上端为大直径的圆形台阶，所述圆形台阶安装在一个激光熔覆光头内的调节机构上。
4.根据权利要求1所述的同轴粉丝复合送料激光熔覆喷嘴结构，其特征在于所述输丝导向套( 上端与连接头(1)下端的输丝管(1 螺纹连接。
5.根据权利要求4所述的同轴粉丝复合送料激光熔覆喷嘴结构，其特征在于所述粉末导向套(3)的上端与连接头(1)的下端密封连接。
6.根据权利要求5所述的同轴粉丝复合送料激光熔覆喷嘴结构，其特征在于所述保护气套的上部内侧与连接头(1)的下部外侧螺纹密封连接。
7.根据权利要求6所述的同轴粉丝复合送料激光熔覆喷嘴结构，其特征在于所述输丝导向套( 和粉末导向套C3)之间形成粉末流动腔体，所述粉末导向套C3)与保护气套 (4)之间形成气体流动腔体。
8.根据权利要求1所述的同轴粉丝复合送料激光熔覆喷嘴结构，其特征在于所述输丝导向套的内部开设有矫直并垂直输出丝材的细孔。
专利摘要本实用新型公开了一种同轴粉丝复合送料激光熔覆喷嘴结构，其包括输气孔、输丝管、输粉管、输丝导向套、粉末导向套、保护气套、粉末分离腔、粉末汇聚腔以及气体汇聚腔，所述输丝导向套设有大直径段，所述大直径段沿圆周均匀分布有六个粉末输送孔，粉末经过粉末输送孔均匀由粉末汇聚腔转移到粉末分离腔内，所述粉末导向套的外围设有八个半圆槽，所述半圆槽与保护气套配合后形成半圆吹孔，保护气经过半圆吹孔均匀吹出。本实用新型可实现同时同轴送粉和送丝，且丝被粉束均匀包裹，粉、丝以及保护气由喷嘴输出后能够高度同轴，精确耦合，并通过设置六个粉末输送孔使得输丝导向套与粉末导向套同轴，通过设置八个半圆槽对输出的粉末进行保护矫直。
文档编号B23K26/34GK202297781SQ20112040865
公开日2012年7月4日 申请日期2011年10月24日 优先权日2011年10月24日
发明者傅戈雁, 孙后顺, 徐爱琴, 李洪远, 王晨, 石世宏 申请人:苏州大学