一种双流道汇聚式旁轴送粉喷嘴的制作方法

本实用新型涉及一种喷嘴，尤其涉及一种双流道汇聚式旁轴送粉喷嘴。

背景技术：

激光再制造作为一种绿色、前沿的技术，在大型工程装备修复、重要部件再制造方面，产生了显著的经济效益和良好的社会效益。目前激光再制造过程广泛采用同步送粉激光熔覆的方式，按照喷嘴结构以及喷嘴与激光束相对位置的不同，同步送粉方式又分为同轴送粉和旁轴侧向送粉，对应的喷嘴结构分别称为同轴送粉喷嘴和侧向送粉喷嘴。其中同轴送粉可以满足复杂零件的制造，适应性较强，国内外学者对此展开的研究也比较多，但是其成型效率比较低，特别是对于一些大型工件，如大型轴类零件表面、大面积平面激光熔覆等场合，而此时利用宽带激光熔覆，能够大大提高熔覆效率，并且宽带熔覆可以减少搭接次数和热输入从而得到更好质量的熔覆层。

宽带激光熔覆一般采用旁轴侧向送粉的方式，送粉时，旁轴送粉喷嘴出口一般距熔池约20mm，喷嘴以与水平方向45°左右的角度向激光聚焦光斑内投送粉末，结合机床的定向运动完成激光熔覆。目前旁轴送粉存在的主要问题是粉末输出的集中度不好，特别是宽带粉末输出时粉束窄边侧向发散度大，造成光粉耦合度差、粉末利用率低的问题。

载气输运固体颗粒属于复杂的气固两相流，粉末颗粒受到载气曳力、重力、浮力、附加质量力等多种力的作用，会在输运过程中存在悬浮、碰撞等复杂的运动状态。在惯性力作用下，粉末随载气射流输出时会存在不同方向的运动速度，这是粉束发散的一个原因；另外，目前旁轴送粉都采用单流道输出，载气在单束射流时因存在卷吸效应会向周围扩散，此时粉末颗粒受到载气的拖拽作用，会进一步加剧粉束的发散。

所以，减小射流载气向两侧的扩散，会对粉束的汇聚度起到积极作用。与单束射流相比，近距离的双射流间会存在相互的作用，在射流的初始阶段，两束射流之间会出现一个低压区，从而引起两束射流相互吸引并最终汇聚成一束射流。对于气固两相射流，颗粒的惯性力依然起主导作用，但是，双射流载气间的相互吸引并汇聚的过程同时会对粉末颗粒产生拖曳力作用，使得粉末颗粒会产生向中间汇聚的加速度，粉末向外侧发散的趋势由此受到抑制，粉末的汇聚性由此会有所改善。

技术实现要素：

为解决上述问题，本实用新型提供一种双流道汇聚式旁轴送粉喷嘴。

本实用新型的技术方案是：

一种双流道汇聚式旁轴送粉喷嘴，包括从上到下依次水平叠设且相互固定的顶板、楔形板和底板；

所述楔形板的大头端设有总流道，总流道的入口端外露于楔形板的侧面形成总入口；顶板与楔形板之间设有沿楔形板顶面延伸的上流道，底板与楔形板之间设有沿楔形板底面延伸的下流道，上流道的近端通过第一分流道与总流道的出口端相连通，下流道的近端通过第二分流道与总流道的出口端相连通，上流道的远端延伸至楔形板的小头端端面形成上流道出口，下流道的远端延伸至楔形板的小头端端面形成下流道出口。

进一步，上流道出口和下流道出口距离熔池的距离为L，上流道出口和下流道出口的距离为d，上流道和下流道的夹角为A，则有：

进一步，上流道出口和下流道出口上下对齐，下流道出口位于上流道出口的正下方。

进一步，顶板、楔形板和底板上均开设有相互贯通的螺孔，顶板、楔形板和底板通过螺钉相互固定。

进一步，楔形板的顶面设有第一凹槽，楔形板的底面设有第二凹槽，顶板与第一凹槽围合成上流道，底板与第二凹槽围合成下流道。

进一步，第一分流道和第二分流道均倾斜设置在楔形板上。

进一步，第一分流道和第二分流道的几何形状、尺寸均相同。

进一步，第一分流道和第二分流道以总流道的中心轴为对称轴对称设置。

本实用新型的有益效果是：

采用上下两个流道输送气粉，上、下气粉束相互吸引汇聚，解决了现有的单流道输送气粉存在的因载气向周围扩散而加剧粉末发散的问题，提高了粉末利用率；

调节上流道出口和下流道出口距离熔池的距离L、上流道出口和下流道出口的距离d，上流道M和下流道N的夹角A，使之满足能确保上下两粉末相交时正好落入熔池Q内。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的剖视图。

图3是楔形板的正视图。

图4是楔形板的仰视图。

图5是楔形板的俯视图。

图6是本实用新型工作原理图。

具体实施方式

如图所示，一种双流道汇聚式旁轴送粉喷嘴，包括从上到下依次水平叠设且相互固定的顶板1、楔形板2和底板3；

所述楔形板2的大头端设有总流道21，总流道21的入口端外露于楔形板2的侧面形成总入口；顶板1与楔形板2之间设有沿楔形板2顶面延伸的上流道M，底板3与楔形板2之间设有沿楔形板2底面延伸的下流道N，上流道M的近端通过第一分流道22与总流道21的出口端相连通，下流道N的近端通过第二分流道23与总流道21的出口端相连通，上流道M的远端延伸至楔形板2的小头端端面形成上流道出口m，下流道N的远端延伸至楔形板2的小头端端面形成下流道出口n。

上流道出口m和下流道出口n距离熔池Q的距离为L，上流道出口m和下流道出口n的距离为d，上流道M和下流道N的夹角为A，则有：

上流道出口m和下流道出口n上下对齐，下流道出口n位于上流道出口m的正下方。

顶板1、楔形板2和底板3上均开设有相互贯通的螺孔4，顶板1、楔形板2和底板3通过螺钉相互固定。

楔形板2的顶面设有第一凹槽24，楔形板2的底面设有第二凹槽25，顶板1与第一凹槽24围合成上流道M，底板3与第二凹槽25围合成下流道N。

第一分流道22和第二分流道23均倾斜设置在楔形板2上。

第一分流道22和第二分流道23的几何形状、尺寸均相同。

第一分流道22和第二分流道23以总流道21的中心轴为对称轴对称设置。

本实施例中，上流道出口m和下流道出口n距离熔池Q的距离L＝20mm，上流道出口m和下流道出口n的距离d＝2mm，上流道M和下流道N的夹角A＝6°。

如图所示6所示，气载粉末从总入口输入，经第一分流道22和第二分流道23被均分成两束气载粉末R，分别经过上流道M、下流道N从上流道出口m和下流道出口n输出。粉末在随载气射流输出时，在惯性力的作用下，两束粉末的中心在距上流道出口m和下流道出口n约20mm处相交，两束粉末正好落入激光束P辐照所形成的熔池Q。

同时，因上下双射流之间相互吸引，两束射流载气在相互吸引汇聚的同时，会对粉末颗粒产生拖曳作用，粉末颗粒由此产生朝向中间的加速度，粉末向外侧发散的趋势受到抑制，于是两束粉末在汇聚的中心可以达到较高的浓度。

本实用新型克服了因气粉在单流道输出即单束射流的情况下因载气向周围扩散而加剧粉末发散的缺陷，提高了粉末利用率。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对实用新型构思的实现形式的列举，本实用新型的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本实用新型的保护范围也包括本领域技术人员根据本实用新型构思所能够想到的等同技术手段。