专利名称：一种用于激光熔覆的同轴喷头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于激光熔覆的同轴喷头，属于激光熔覆领域。
背景技术：
激光熔覆即高能激光表面熔覆，其物理过程为，在高能激光光束的照射下，基材表面被迅速融化，液态的金属形成一个小规模的熔池，在这个熔池中，原本的金属材料与被添加的粉末相互混合，形成一层新的液态金属层，待激光光束经过以后，熔池的温度降低，液态金属迅速冷却，在金属表面形成一层新的固态熔覆层。激光熔覆可极大的改变该关键部 位的金属性能，如硬度、耐磨性、耐热性、抗腐蚀性等。当今工业界在激光熔覆应用上的主要送粉技术为旁轴喷粉，但由于旁轴喷粉属于分体式喷头，需要两个喷头同时协作，非常不利于复杂表面的加工，因此同轴化喷粉成为新的发展方向。近年来，在同轴化喷粉的基础上，保护气体也被加入同轴化设计，产生了粉末喷射、保护气体一体化同轴的技术。如附图I显示了一种喷粉、保护气体一体化同轴的喷头。然而在国际上，由于一体化同轴喷头的设计尚未完善，因此该技术还有很长的一段发展期。如附图I中的一体化同轴喷头，它具有开设在该喷头的中央的激光通道2、开设在激光通道2周围的多个粉末通道3、开设在粉末通道3外围的保护气体通道4，激光通道2、粉末通道3和保护气体通道4均相对独立，互不连通。激光、粉末、保护气体从各自通道喷射出喷头后汇聚在一起并在待熔覆的加工件表面进行熔覆。现有技术中的粉末通道如附图I中所示均为直通道，绕激光通道2的中心轴均匀分布，由于收到喷头尺寸的限制，采用直通道的粉末通道3倾斜角度有限，因此造成粉末流最小汇聚点到喷头底端的距离较远，且粉末流场密度小、不均匀，从而影响熔覆效果，激光熔池的张力、熔融比例、熔覆高度等一系列熔覆结果都难以得到控制。
发明内容为了解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种用于激光熔覆的及冷却功能一体化的同轴喷头。为了达到以上目的，本实用新型采用的技术方案是一种用于激光熔覆的同轴喷头，它具有开设在该喷头中央的上下贯穿喷头的中央通道，中央通道的底部呈漏斗形，在中央通道的壁与喷头的外壁之间开设有多个一端与粉末添加装置相连接另一端贯穿喷头底面的呈螺旋形的螺旋通道。优选地，多个螺旋通道绕中央通道的中心轴均匀分布。更优地，螺旋通道的旋转角位移为170° 280°。更优地，螺旋通道的粉末入口处的尺寸大于粉末出口处的尺寸。进一步地，喷头上开设有与中央通道相连通的保护气体入口，且多个保护气体入口位于保护镜片的下方，激光通过保护镜片进入喷头的中央通道，高压保护气体通过保护气体入口进入中央通道，并在中央通道内形成自上而下的流动风从中央通道喷射出，并与从螺旋通道喷射出的粉末混合，到达待熔覆的加工件基材表面。更进一步地，多个保护气体入口绕中央通道的中心轴均匀分布。更进一步地，保护气体入口与中央通道相连接处在竖直方向上距离喷头底端大于等于5cm。本实用新型一种用于激光熔覆的同轴喷头，通过将原有的直线形的粉末通道设计成螺旋形，使粉末喷射出螺旋通道时形成的粉末流与激光束中心轴之间的夹角角度变大，进而缩短了各通道的粉末流汇聚成的粉末流场的最小汇聚点与喷头底端的距离，粉末流场的密度和均匀性也得到了改善，从而改善了激光熔池的张力、熔融比例、熔覆高度等一系列
熔覆结果。
附图I为现有技术中的喷头的剖面结构示意图；附图2为本实用新型一种用于激光熔覆的同轴喷头的剖面结构示意图。图中标号为I、喷头；2、激光通道；3、粉末通道；4、保护气体通道；5、保护气体入口 ；6、激光束；
7、加工件基材；8、熔覆层；9、保护镜片；10、第一腔；11、第二腔；12、聚焦镜片；13、激光头；14、螺旋通道。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。从附图2的结构示意图可以看出，本实用新型提供了一种用于激光熔覆的同轴喷头，它具有开设在该喷头I中央的上下贯穿喷头I的中央通道，中央通道的底部呈漏斗形，在中央通道的壁与喷头I的外壁之间开设有多个一端与粉末添加装置相连接另一端贯穿喷头I底面的螺旋通道14，螺旋通道14呈螺旋形。中央通道包括位于第一腔10和位于第一腔10下方并与第一腔10相连通的第二腔11，中央通道的第一腔10与第二腔11的轴心线相重合，第一腔10的为圆柱形或漏斗形，且第一腔10的底端口径小于等于第二腔11的顶端口径。第二腔11呈漏斗形，一方面防止粉末从第二腔11底端口进入中央通道，另一方面缩小保护气体喷出时的喷射范围。保护气体入口 5的一端与保护气体填充装置相连接，另一端与中央通道相连通。保护气体入口 5的数量优选为3或4个，保护气体入口 5位于保护镜片9的下方，以防止粉末污染保护镜片9。多个保护气体入口 5绕第一腔10的中心轴均匀分布，以使保护气体在中央通道内形成风向稳定的流动风。保护气体入口 5与中央通道相连接处在竖直方向上距离喷头I底端大于等于5cm，以保证保护气体从中央通道喷出前在其内形成风向稳定的流动风，进而确保粉末不被冲进中央通道，同时也可保证保护气体从中央通道喷射出后与粉末充分混合。本实施例中的保护气体入口 5与中央通道的第一腔10相连通，如能保证上述的5cm的距离，保护气体入口5也可开设在于第二腔11相连通。螺旋通道14优选为3或4条，并绕中央通道的中心轴均匀分布，附图2中只画出一条以示说明。螺旋通道14的旋转角位移为170° 280° ’角位移大小取决于螺旋通道14的粉末入口至喷头低端的垂肓长度，角位移过大会造成粉末在通道内流动不畅，甚至造成堵塞，而角位移过小则对现有技术改善效果不明显。螺旋通道14的粉末入口处的尺寸大于粉末 出口处的尺寸，以增加粉末喷射出喷头时的压力。激光头13发出激光束6，激光束6经过聚焦镜片12和保护镜片9进入中央通道的第一腔10，高压保护气体从保护气体入口 5中央通道，并在中央通道内形成自上而下的流动风从中央通道喷射出，粉末从各螺旋通道14中喷射出形成粉末流，各粉末流与保护气体汇聚混合形成粉末流场，到达待熔覆的加工件基材表面。通过将原有的直线形的粉末通道设计成螺旋形，使粉末喷射出螺旋通道14时形成的粉末流与激光束6中心轴之间的夹角角度变大，进而缩短了粉末流场的最小汇聚点与喷头底端的距离，粉末流场的密度和均匀性也得到了改善，从而改善了激光熔池的张力、熔融比例、熔覆高度等一系列熔覆结果。上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种用于激光熔覆的同轴喷头，其特征在于它具有开设在该喷头(I)中央的上下贯穿喷头(I)的中央通道，所述的中央通道的底部呈漏斗形，在中央通道的壁与喷头(I)的外壁之间开设有多个一端与粉末添加装置相连接另一端贯穿喷头(I)底面的呈螺旋形的螺旋通道(14)。
2.根据权利要求I所述的一种用于激光熔覆的同轴喷头，其特征在于所述的多个螺旋通道(14 )绕所述中央通道的中心轴均匀分布。
3.根据权利要求I所述的一种用于激光熔覆的同轴喷头，其特征在于所述的螺旋通道(14)的旋转角位移为170° 280°。
4.根据权利要求I所述的一种用于激光熔覆的同轴喷头，其特征在于所述螺旋通道(14)的粉末入口处的尺寸大于粉末出口处的尺寸。
5.根据权利要求I所述的一种用于激光熔覆的同轴喷头，其特征在于所述喷头(I)上开设有与所述中央通道相连通的保护气体入口(5)，且所述的多个保护气体入口(5)位于保护镜片(9)的下方。
6.根据权利要求I所述的一种用于激光熔覆的同轴喷头，其特征在于所述的多个保护气体入口(5)绕所述中央通道的中心轴均匀分布。
7.根据权利要求I所述的一种用于激光熔覆的同轴喷头，其特征在于所述的保护气体入口(5)与中央通道相连接处在竖直方向上距离喷头(I)底端大于等于5cm。
专利摘要本实用新型公开了一种用于激光熔覆的同轴喷头，它具有开设在该喷头中央的上下贯穿喷头的中央通道，中央通道的底部呈漏斗形，在中央通道的壁与喷头的外壁之间开设有多个一端与粉末添加装置相连接另一端贯穿喷头底面的呈螺旋形的螺旋通道。本实用新型一种用于激光熔覆的同轴喷头，通过将原有的直线形的粉末通道设计成螺旋形，使粉末喷射出螺旋通道时形成的粉末流与激光束中心轴之间的夹角角度变大，进而缩短了各通道的粉末流汇聚成的粉末流场的最小汇聚点与喷头底端的距离，粉末流场的密度和均匀性也得到了改善，从而改善了激光熔池的张力、熔融比例、熔覆高度等一系列熔覆结果。
文档编号C23C24/10GK202786432SQ20122041485
公开日2013年3月13日 申请日期2012年8月16日 优先权日2012年8月16日
发明者张翀昊, 柳岸敏, 黄佳欣, 黄和芳, 张祖洪 申请人:张家港市和昊激光科技有限公司