一种用于激光熔覆喷头的扰流凸起通道水冷装置的制作方法

本发明属于激光熔覆技术与高温部件冷却领域，具体地说，涉及一种用于激光熔覆喷头的扰流凸起通道水冷装置。

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，基材表面被迅速熔化，液态的金属形成一个小规模的熔池，在熔池中，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。在熔覆加工过程中，激光熔覆喷头底部与熔池相距很近，激光熔覆喷头要承受来自激光反射以及熔池热辐射所带来的较高的热量，随着激光熔覆喷头的长时间连续性工作，热量不断累积，最终会烧损激光熔覆喷头。所以，为防止在连续加工中激光熔覆喷头被烧损，必须对其强制冷却。

在专利CN205241792U中公开了“一种内孔熔覆用激光头及冷却装置”，该结构中的冷却部分包括进水口、出水口、冷却腔，其中进水口、出水口分别与冷却腔连接；该激光头及冷却装置结构简单，但在实际装配和生产中需要多处设置冷却部件。

技术实现要素：

为了避免现有技术中激光熔覆喷头的冷却部件加工复杂，冷却效果有限，以及冷却结构不可更换的缺陷，本发明提出一种用于激光熔覆喷头的扰流凸起通道水冷装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括水冷锥套、出水口、进水口、送粉孔、激光孔、水冷通道、微凸肋、连接通道、熔覆喷头、激光通道、送粉通道，其特征在于所述水冷锥套为圆环与圆锥一体结构的倒锥形体，水冷锥套上部分圆环内壁有螺纹，水冷锥套位于熔覆喷头下部，且与熔覆喷头螺纹连接，水冷锥套与熔覆喷头同轴，且完全包覆熔覆喷头底部；

所述水冷锥套壁内设有多级水冷通道，水冷通道环绕熔覆喷头轴向向上逐级增大，各级水冷通道之间分别通过连接通道串联连接相通，水冷通道内壁外侧面上与水冷通道内底面均匀分布有若干微凸肋，用于强化换热冷却，水冷锥套底部中心开有激光孔，沿激光孔周向均匀分布有送粉孔，激光孔与熔覆喷头内激光通道对应相通，且激光孔直径大于激光通道端口直径，送粉孔与熔覆喷头的送粉通道对应相通，且送粉孔直径大于送粉通道直径，水冷锥套侧壁上开有出水口和进水口分别与水冷通道上端口和下端口相连通，水冷锥套的出水口和进水口分别与外设冷却系统连接。

所述微凸肋为圆弧形；微凸肋沿水冷通道内壁外侧面上与水冷通道内底面单排排列于同一垂直平面内，且沿水冷通道内等间距分布。

所述水冷通道截面为矩形。

所述水冷通道的中心轴线与激光通道的中心轴线相重合。

所述水冷锥套的送粉孔为多个，且与熔覆喷头的送粉通道数量相同。

所述熔覆喷头为锥形体，内腔为激光通道且与熔覆喷头同轴，熔覆喷头壁内设置等直径送粉通道，多个送粉通道沿熔覆喷头中轴线周向均匀分布，且送粉通道轴线的延长线汇聚于一点。

有益效果

本发明用于激光熔覆喷头的扰流凸起通道水冷装置，由水冷锥套和熔覆喷头组成，水冷锥套位于熔覆喷头下部通过螺纹连接，水冷锥套内设有多级水冷通道，各级水冷通道绕熔覆喷头轴向向上逐级增大，水冷通道之间连接相通，水冷通道内壁面上外侧与水冷通道底部均布有微凸肋结构，用于高温区域进行强化换热冷却，效果好。

本发明用于激光熔覆喷头的扰流凸起通道水冷装置，采用水冷锥套包覆熔覆喷头结构，且多级矩形水冷通道环绕整个熔覆喷头，对于熔覆喷头高温区进行全包覆，实现冷却效果的提升；水冷锥套结构包覆熔覆喷头的底部，通过导热保护熔覆喷头，以及遮挡激光反射和熔池热辐射；矩形水冷通道以及微凸肋结构使熔覆喷头控温散热、强化冷却，提升熔覆喷头熔覆效果。增加熔覆喷头的安全可靠性，同时可提高送粉喷头的工作时间，避免由于熔覆喷头在高温影响下的变形而使粉末阻塞出粉口的情况。

本发明用于激光熔覆喷头的扰流凸起通道水冷装置，具有结构简单，安装拆卸便捷的特点；适用于激光熔覆、激光三维制造、材料合成、激光修复、激光加工多领域。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种用于激光熔覆喷头的扰流凸起通道水冷装置作进一步详细说明。

图1为本发明用于激光熔覆喷头的扰流凸起通道水冷装置轴测图。

图2为图1的A-A方向剖视图。

图3为本发明用于激光熔覆喷头的扰流凸起通道水冷装置示意图。

图4为图3的B-B方向剖视图。

图5为图3的C-C方向剖视图。

图6为本发明的水冷锥套与熔覆喷头配合连接后轴测图。

图7为本发明的水冷锥套与熔覆喷头配合连接后仰视图。

图8为图7的D-D方向剖视图。

图中:

1.出水口 2.进水口 3.送粉孔 4.激光孔 5.水冷通道 6.微凸肋 7.送粉通道 8.水冷锥套 9.熔覆喷头 10.激光通道 11.连接通道

具体实施方式

本实施例是一种用于激光熔覆喷头的扰流凸起通道水冷装置。

参阅图1～图8，本实施例用于激光熔覆喷头的扰流凸起通道水冷装置，由水冷锥套8和熔覆喷头9组成，其中，水冷锥套8包括出水口1、进水口2、送粉孔3、激光孔4、水冷通道5、微凸肋6、连接通道11；熔覆喷头9包括送粉通道7、激光通道10；水冷锥套8为圆环与圆锥一体结构的倒锥形体，水冷锥套8上部分圆环内壁加工有螺纹，水冷锥套8位于熔覆喷头9下部与熔覆喷头同轴安装，且完全包覆熔覆喷头9底部；水冷锥套8与熔覆喷头9通过螺纹连接，安装拆卸方便。其中，水冷锥套8壁内设置有多级截面为矩形的水冷通道5，水冷通道5中轴线与熔覆喷头9中轴线重合，环形水冷通道5绕熔覆喷头轴向向上逐级增大，水冷通道5之间通过连接通道11串联连接相通。水冷通道5内壁外侧面上与水冷通道5内底面均匀分布有若干微凸肋6，用于强化换热冷却；微凸肋6为圆弧形；微凸肋6沿水冷通道5内壁外侧面上与水冷通道5内底面单排排列于同一垂直平面内，且沿环形水冷通道5内等间距分布。水冷通道5的级数、截面尺寸以及微凸肋6的尺寸设置,均需根据熔覆喷头9的实际尺寸、厚度及换热冷却需求制定。水冷通道5底部中心开有激光孔4，沿激光孔4周向均匀分布有送粉孔3，激光孔4与熔覆喷头内激光通道10对应相通，且激光孔4直径大于激光通道端口直径；送粉孔3与熔覆喷头的送粉通道7对应相通，且送粉孔3直径大于送粉通道7直径，保证送粉通道7和激光通道10的畅通。本实施例中,水冷锥套的送粉孔3为三个等直径通孔，水冷锥套的送粉孔3的数量与熔覆喷头的送粉通道7的数量相同。

本实施例中,水冷锥套8侧壁上加工有出水口1和进水口2分别与水冷通道5上端口和水冷通道5下端口相连通，水冷锥套8的出水口1和进水口2分别与外设冷却系统连接。工作时，外部的冷却系统将冷却水由水冷锥套8下端的进水口2进入水冷通道5，冷却水环绕整个熔覆喷头9后，冷却系统再将冷却水从水冷锥套8上端的出水口1抽出，并通过外部的冷却系统回收，实现对熔覆喷头9的冷却。冷却水在流过整个水冷通道5的同时，由于水冷通道5内壁上的微凸肋6的作用，有效地强化冷却效果。水冷锥套8结构包覆熔覆喷头9的底部，通过导热对熔覆喷头9进行保护，同时具有遮挡来自激光反射,以及熔池热辐射所带来的较高的热量的作用。水冷通道5以及微凸肋6结构，使熔覆喷头9的温度分布散热、强化冷却，提升熔覆喷头9的熔覆效果。

本实施例中，熔覆喷头9为倒锥形，上部分为台阶圆柱体、下部分为锥形体结构，内腔为激光通道10且与熔覆喷头9同轴，激光通道10为台阶圆锥孔。熔覆喷头9内设置有等直径送粉通道7，三个送粉通道7以熔覆喷头9中轴线周向均匀分布，且三个送粉通道7的轴线的延长线汇聚于一点，实现三孔同轴送粉。

在熔覆喷头9工作之前，将带有水冷通道5的水冷锥套8与熔覆喷头9装配连接。由于水冷锥套8结构为单一整体部件，不会出现因装配不当影响冷却效果，或发生漏水现象。装配完成后，水冷锥套8结构完全包覆熔覆喷头9，水冷锥套8底部加工有激光孔4和送粉孔3分别与熔覆喷头9的激光通道10和送粉通道7相对应，且激光孔4和送粉孔3的直径分别大于激光通道端口直径和送粉通道7的直径；保证送粉通道7与激光通道10的畅通。

当熔覆喷头9工作时，外部的冷却系统将冷却水由水冷锥套8下端的进水口2送入水冷通道5，环绕整个激光熔覆喷头9后，冷却系统再将冷却水从水冷锥套8上端的出水口1抽出，并通过外部的冷却系统回收。在经过整个水冷通道5的同时，通过微凸肋6的作用，加强冷却效果。水冷锥套8底部覆盖熔覆喷头9的底部，通过导热及遮挡，保护受热辐射影响最大的熔覆喷头下缘。