激光熔覆送粉喷嘴的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种激光熔覆送粉喷嘴,包括喷嘴主体、用于装夹在激光系统上的连接柱和中间板。所述喷嘴主体和所述连接柱连接，所述连接柱内有贯穿上下的通孔。所述喷嘴主体设有进粉通道、水冷通道、出气通道和下粉槽；所述中间板和所述下粉槽形成下粉通道，所述进粉通道顶端与所述通孔连通、底端与所述下粉通道连通，所述水冷通道设置在所述喷嘴主体底板和下粉通道之间，所述出气通道设置在所述下粉通道的上方。通过所述进粉通道、所述下粉通道、所述水冷通道和所述出气通道的结构组合，本实用新型在激光熔覆过程中能迅速有效的冷却送粉喷嘴、延长送粉喷嘴的使用寿命，保护熔覆层、减小甚至去除飞溅和火焰来避免损伤激光仪器。
【专利说明】激光熔覆送粉喷嘴
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及化学镀覆装置领域，具体涉及一种激光熔覆送粉喷嘴。
【背景技术】
[0002] 激光熔覆是一种新的表面改性技术，其通过在基材表面添加熔覆材料，并利用高 能密度的激光束使之与基材表面薄层一起熔凝的方法，在基层表面形成与其为冶金结合的 添料熔覆层。与堆焊、喷涂、电镀、气相沉积等表面改性方式相比，激光熔覆具有稀释度小、 组织致密、涂层与基体结合好、适合熔覆材料多、粒度及含量变化大等特点，因此激光熔覆 技术应用前景十分广阔。激光熔覆分为预置式激光熔覆和同步式激光熔覆，目前激光熔覆 系统主要采用的是侧向同步送粉法，即将金属粉末作为熔覆材料直接送入激光束中，使供 料和熔覆同时完成。因为此项技术以金属粉末为原料，采用大功率、高能量的激光束作为热 源，在送粉的同时采用激光烧结、从而使金属粉末快速熔化凝固成型；而成型质量的好坏， 不仅和材质特性和激光工艺参数有关，更取决于落入熔池内粉末的均匀性。传统的侧向同 步送粉工艺是从激光束一侧通过单粉道把金属粉末送到基体，而导致熔覆层的横截面积呈 椭圆弧形，严重影响了其平整性。其次，在熔覆过程中，由于距离熔池很近，送粉喷嘴受到的 热辐射很大，严重缩短了其寿命。并且贵重的高功率半导体激光仪器也会因为激光熔覆过 程中产生火焰和飞溅遭受损害。
[0003] 为解决上述问题的，中国专利201020547283. 9提供了一种便于冷却的激光熔覆 喷嘴，其喷嘴芯内设有光束通道、送粉通道及由光束通道外周和各送粉通道外周之间形成 的冷却腔体；该喷嘴芯的上端开有与送粉通道连通的进粉口和与冷却腔体连通的出水口、 下端开有与送粉通道连通的出粉口和与冷却腔体连通的进水口。该激光熔覆喷嘴采用降 水注入冷却腔体的方法冷却自身温度、从出粉口到送粉口逐渐变小的方法来提高出粉均匀 度。但由于该激光熔覆喷嘴为锥形，导致其最下方、温度最高处周围的冷却腔体体积最小， 不能容纳足够的水，无法达到冷却效果。而且该激光熔覆喷嘴在非垂直送粉的情况下，由于 重力原因、粉末下落的速度不同很难保证每个出粉口流出的粉末都一致；出粉口到送粉口 逐渐变小这一结构也会限制粉末流量，不利于提高融覆速度。而且该激光熔覆喷嘴结构相 对复杂、增加了制作难度。
【发明内容】
[0004] 本实用新型需要解决的现有技术的问题是：现有技术中的激光熔覆过程送，送粉 装置不能够均匀送粉、并会受到热辐射的损害，还会产生能火焰和飞溅。
[0005] 具体来说，本实用新型提出了如下技术方案。
[0006] 本实用新型提供一种激光熔覆送粉喷嘴，包括喷嘴主体、用于装夹在激光系统上 的连接柱，所述喷嘴主体（1)和所述连接柱（2)连接，所述连接柱（2)内有贯穿上下的通孔 (18)。所述激光熔覆送粉喷嘴还包括中间板（3)。所述喷嘴主体（1)设有水冷通道（7)、下 粉通道（6)、出气通道（8)和下粉槽（15);所述中间板（3)和所述下粉槽（15)形成下粉通道 (6 )，所述进粉通道（5 )顶端与所述通孔（18 )连通、底端与所述下粉通道（6 )连通，所述水冷 通道（7)设置在所述喷嘴主体底板（10)和下粉通道（6)之间，所述出气通道（8)设置在所 述下粉通道（6)的上方。
[0007] 优选的是，所述下粉通道（6)上设置有分流凸台（16)。
[0008] 优选的是，所述出气通道（8)设有进气孔（9)和通气槽。
[0009] 优选的是，所述进粉通道（5)和所述下粉槽（15)相切，所述分流凸台（16)设置在 所述下粉槽（15 )上，所述下粉槽（15 )从后到前具有坡度，其厚度由厚变薄。
[0010] 优选的是，上端盖（4)和所述中间板（3)固定安装在所述喷嘴主体（1)上形成所 述出气通道（8)。所述进气孔（9)设置在所述上端盖（4)上，所述通气槽设置在所述中间板 (3)上表面上、从后到前具有坡度，其厚度由厚变薄。
[0011] 优选的是，所述分流凸台（16)设置在靠近所述下粉槽（15)前端的位置，形状是对 角对称的。
[0012] 优选的是，所述水冷通道（7)设有进水口（13)和出水口（14)。
[0013] 优选的是，所述连接柱（2)为圆柱体、设有外螺纹，所述连接柱（2)通过外螺纹与 所述喷嘴主体（1)相连；所述通孔（18)设置在所述连接柱（2)的中心位置。
[0014] 本实用新型的激光熔覆送粉喷嘴设置有进粉通道、水冷通道、下粉通道和出气通 道。由于送粉器的出粉口和连接柱的通孔相连、通孔和进粉通道连通、进粉通道和出粉通道 相切连接，所以粉末从出粉口流出、通过连接柱、进粉通道、出粉通道可以畅通无损的落在 基体上。而下粉通道具有坡度、缓冲了粉末的滑行速度，使其在滑落过程中分布逐渐均匀， 下粉通道的前端厚度为1-2_。在下粉通道接近前端位置设置有至少有分流凸台，分流凸 台为对角对称的多边形，例如菱形、正方形、等腰三角形、等边三角形、正五边形、正六边形 等；一个分流凸台可以将经过的粉末分成多等份；这些等份的多股粉末落在基体上并进行 搭接，就形成了平整的粉末层。水冷通道在送粉喷嘴的底部最接近熔池的位置，水冷通道的 进水口和出水口都和外部冷却系统连接，可以吸收熔池辐射产生的热量、冷却整个送粉喷 嘴。出气通道在送粉喷嘴的上面位置，其进气孔和外部气源相连，可以在送粉的同时吹出保 护气保护熔覆层，还可以压制熔覆过程中的飞溅和火焰、保护激光仪器。
[0015] 本实用新型的采用从上到下为进粉通道、下粉通道、水冷通道的结构来迅速有效 的达到冷却效果，延长了激光熔覆送粉喷嘴的使用寿命出气通道；通过出气通道制造保护 气来熔覆层，同时减小熔覆过程中的飞溅和火焰，保护了激光仪器。本实用新型结构简单、 成本低，一方面延长了喷嘴寿命，提高了送粉质量，另一方面减小了激光熔覆时的火苗和飞 溅，保护了熔覆层和昂贵的激光仪器。
[0016] 下面结合附图和各个【具体实施方式】，对本实用新型及其有益技术效果进行详细说 明。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1A是实施例1的结构剖视图；
[0018] 图1B是实施例1在激光熔覆过程中的产生熔覆层的操作示意图。
[0019] 图2是实施例1的结构示意图。
[0020] 图中，1.喷嘴主体、2.连接柱、3.中间板、4.上端盖、5.进粉通道、6.下粉通道、 7.水冷通道、8.出气通道、9.进气孔、10.底板、11.熔覆层、12.基体、13.进水口、14.出水 口、15.下粉槽、16.分流凸台、17.侧板、18.通孔。
【具体实施方式】
[0021] 如上所述，本实用新型的目的在于：通过进粉通道、下粉通道、水冷通道由上到下 的结构组合、并加配出气通道和下粉通道的上下结构组合，在激光熔覆过程中能迅速有效 的冷却送粉喷嘴、延长送粉喷嘴的使用寿命，保护熔覆层、减小甚至去除飞溅和火焰来避免 损伤激光仪器。
[0022] 实施例1
[0023] 参照图1A和图2所述，本实用新型提供一种激光熔覆送粉喷嘴，包括喷嘴主体 1、用于装夹在激光系统上的连接柱1，中间板3和上端盖4。所述连接柱2为圆柱体、设有 外螺纹，所述连接柱2的下部通过外螺纹与所述喷嘴主体1相连；所述连接柱2内有贯穿上 下的通孔18,所述通孔18设置在所述连接柱2的中心位置，所述通孔18上端和外接送粉器 的出粉口相连。所述喷嘴主体1设有水冷通道7、下粉通道6、出气通道8和下粉槽15。所 述中间板3和所述下粉槽15形成下粉通道6,在靠近所述下粉槽15前端设置有2个菱形 的分流凸台16,所述下粉槽15从后到前具有坡度，其厚度由厚变薄、前端厚度为1. 5_。所 述进粉通道5顶端与所述通孔18连通、底端与所述下粉通道6连通，且所述进粉通道5下 端口和所述下粉槽15后端相切。所述上端盖4连接安装在中间板3顶部，所述中间板3和 所述上端盖4通过螺钉连接固定在所述喷嘴主体1上，所述中间板3和所述上端盖4与所 述喷嘴主体的侧板17在所述下粉槽15上方形成所述出气通道8。所述上端盖4上设置有 进气孔9,所述进气孔9和外部气源相连。所述中间板3上表面上设置有通气槽，所述通气 槽从后到前具有坡度，其厚度由厚变薄、前端厚度为1.2_。所述水冷通道7设置在所述喷 嘴主体底板10和下粉通道6之间，包括进水口 13和出水口 14,所述进水口 13和出水口 14 外接冷却系统。
[0024] 参照图1A和图1B所示，利用实施例1的激光熔覆送粉喷嘴对粉末进行激光熔覆 送粉时，首先要把送利用所述连接柱2把所述喷嘴主体1装夹在激光熔覆系统上、并调整所 述激光熔覆送粉喷嘴与待加工工件基体12和激光束的距离和角度。开始进行激光熔覆时， 送粉器送出的粉末从所述连接柱2流入与之相连的所述进粉通道5、又从所述进粉通道5落 入与之相连的所述下粉通道6 ;由于下粉通道6具有一定的坡度，粉末在下粉通道6滑落时 滑行速度有所缓冲，并使其分布逐渐均匀。在粉末滑落到接近所述下粉通道6前端时会被2 个菱形的所述分流凸台16分流成多个等份粉道。从所述下粉通道6流出的多股等份粉末 流落在基体12上并进行搭接，形成平整的粉末层。激光束照在基体12的粉末层上形成了 熔池，并产生了大量的辐射热量；所述水冷通道7的所述进水口 13和所述出水口 14外接冷 却系统，将低温液体注入所述激光熔覆送粉喷嘴靠近熔池的底部，迅速冷却喷嘴，避免其受 到热辐射影响缩短使用寿命。外部气源通过与其相连的所述进气孔9将保护气体送入出气 通道8 ;在所述激光熔覆送粉喷嘴将粉末滑入基体17的同时，所述出气通道6的所述通气 槽会将所述保护气体吹向所述熔池，来阻止熔覆层11氧化、并减小甚至除去熔池上面的火 焰和飞溅，以保护激光仪器。
[0025] 实施例2
[0026] 本实用新型提供一种激光熔覆送粉喷嘴，包括喷嘴主体1、用于装夹在激光系统 上的连接柱1，中间板3和上端盖4。所述连接柱2为圆柱体、设有外螺纹，所述连接柱2的 下部通过外螺纹与所述喷嘴主体1相连；所述连接柱2内有贯穿上下的通孔18,所述通孔 18设置在所述连接柱2的中心位置，所述通孔18上端和外接送粉器的出粉口相连。所述 喷嘴主体1设有水冷通道7、下粉通道6、出气通道8和下粉槽15。所述中间板3和所述下 粉槽15形成下粉通道6,在靠近所述下粉槽15前端设置有3个正方形的分流凸台16,所述 下粉槽15从后到前具有坡度，其厚度由厚变薄、前端厚度为2mm。所述进粉通道5顶端与 所述通孔18连通、底端与所述下粉通道6连通，且所述进粉通道5下端口和所述下粉槽15 后端相切。所述上端盖4连接安装在中间板3顶部，所述中间板3和所述上端盖4通过螺 钉连接固定在所述喷嘴主体1上，所述中间板3和所述上端盖4与所述喷嘴主体的侧板17 在所述下粉槽15上方形成所述出气通道8。所述上端盖4上设置有进气孔9,所述进气孔 9和外部气源相连。所述中间板3上表面上设置有通气槽，所述通气槽从后到前具有坡度， 其厚度由厚变薄、前端厚度为1_。所述水冷通道7设置在所述喷嘴主体底板10和下粉通 道6之间，包括进水口 13和出水口 14,所述进水口 13和出水口 14外接冷却系统。
[0027] 利用实施例2的激光熔覆送粉喷嘴对粉末进行激光熔覆送粉时，其功能、操作均 与实施例1相同。
【权利要求】
1. 一种激光熔覆送粉喷嘴，包括喷嘴主体（1)、用于装夹在激光系统上的连接柱（2)， 所述喷嘴主体（1)和所述连接柱（2)连接，所述连接柱（2)内有贯穿上下的通孔（18);其特 征在于：包括中间板（3);所述喷嘴主体（1)设有进粉通道（5)、水冷通道（7)、出气通道（8) 和下粉槽（15);所述中间板（3)和所述下粉槽（15)形成下粉通道（6)，所述进粉通道（5)顶 端与所述通孔（18)连通、底端与所述下粉通道（6)连通，所述水冷通道（7)设置在所述喷嘴 主体底板（10)和下粉通道（6)之间，所述出气通道（8)设置在所述下粉通道（6)的上方。
2. 根据权利要求1所述的激光熔覆送粉喷嘴，其中，所述下粉通道（6)上设置有分流凸 台（16)。
3. 根据权利要求1所述的激光熔覆送粉喷嘴，其中，所述出气通道（8)设有进气孔（9) 和通气槽。
4. 根据权利要求2所述的激光熔覆送粉喷嘴，其中，所述出气通道（8)设有进气孔（9) 和通气槽。
5. 根据权利要求2所述的激光熔覆送粉喷嘴，其中，所述进粉通道（5)和所述下粉槽 (15)相切，所述分流凸台（16)设置在所述下粉槽（15)上，所述下粉槽（15)从后到前具有 坡度，其厚度由厚变薄。
6. 根据权利要求3所述的激光熔覆送粉喷嘴，其中，上端盖（4)和所述中间板（3)固定 安装在所述喷嘴主体（1)上形成所述出气通道（8);所述进气孔（9)设置在所述上端盖（4) 上，所述通气槽设置在所述中间板（3)上表面上、从后到前具有坡度，其厚度由厚变薄。
7. 根据权利要求4所述的激光熔覆送粉喷嘴，其中，上端盖（4)和所述中间板（3)固定 安装在所述喷嘴主体（1)上形成所述出气通道（8);所述进气孔（9)设置在所述上端盖（4) 上，所述通气槽设置在所述中间板（3)上表面上、从后到前具有坡度，其厚度由厚变薄。
8. 根据权利要求2或4或5或7所述的激光熔覆送粉喷嘴，其中，所述分流凸台（16) 设置在靠近所述下粉槽（15 )前端的位置，形状是对角对称的。
9. 根据权利要求1-7所述的激光熔覆送粉喷嘴，其中，所述水冷通道（7)设有进水口 (13)和出水口（14)。
10. 根据权利要求1-7所述的激光熔覆送粉喷嘴，其特征在于：所述连接柱（2)为圆柱 体、设有外螺纹，所述连接柱（2)通过外螺纹与所述喷嘴主体（1)相连；所述通孔（18)设置 在所述连接柱（2)的中心位置。
【文档编号】C23C24/10GK203999815SQ201420414532
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年7月25日 优先权日:2014年7月25日
【发明者】王智勇, 吴翔, 尚晓京, 韩丰阳, 蒋盛林, 王智慧 申请人:北京大学工学院包头研究院