一种狭缝式送粉头的制作方法

本发明涉及激光增材制造、激光熔覆和激光热喷涂技术领域，尤其涉及一种狭缝式送粉头。

背景技术：

现代高端装备的核心关键零部件大部分是运动部件，磨损、腐蚀、疲劳等原因造成了核心关键零部件的频繁损伤甚至失效，威胁设备长期可靠运行，造成大量昂贵的核心关键零部件报废，从而造成巨大的经济损失、资源浪费以及能源浪费。

一方面，传统耐磨抗蚀镍基合金涂层制备设备，由于使用的镍基粉末尺寸大、硬度大、熔点高等特点，在涂层制备过程中，存在粉末颗粒熔化不良的问题，导致制备的涂层存在易开裂、致密度低等缺点而不能满足生产需要。

另一方面，传统的涂层加工设备，存在热输入量控制精确度低、加工效率低和污染严重等问题，导致基体受热过多而变形严重，从而使得制备的镍基合金涂层因开裂严重而导致耐蚀抗磨性能恶化。因此，亟待提供一种制备镍基材料涂层的新工艺来满足实际生产需求，解决镍基合金涂层在制备过程中开裂倾向大而导致耐磨抗蚀性能恶化的问题。

但是，目前市场上常用的激光喷涂设备，无论是同轴送粉或旁轴送粉实质上都是粉包裹着激光的光外送粉。由于光外送粉会造成激光和粉末的作用时间较短，会存在对送粉喷嘴的加工精度以及对粉末的利用率较低等问题

技术实现要素：

本发明提供一种狭缝式送粉头，通过优化送粉腔与光束腔之间的夹角实现超高速激光熔覆工艺，并且可以保证超高速激光熔覆工艺的激光束能量大部分用于加热熔化和加速飞行中的粉末粒子，避免了熔覆涂层被基材稀释，保证涂层的有效成分不受基体材料的影响从而提高涂层的耐蚀抗磨效果。

本发明提供的具体技术方案如下：

本发明提供的一种狭缝式送粉头包括装置本体、固定在所述装置本体上的连接装置、设置在所述装置本体中间位置的激光光束腔、分布在所述激光光束腔左右两侧的狭缝式送粉腔，其中，所述连接装置用于将所述同轴送粉装置与其他部件相固定。

可选的，所述激光光束腔为倒锥形结构，所述狭缝式送粉腔包括相对分布在所述激光光束腔两侧的左狭缝式送粉通道和右狭缝式送粉通道，所述左狭缝式送粉通道和所述右狭缝式送粉通道的纵切面中心线与所述激光光束腔的纵切面中心线的汇聚点均在同一个平面内。

可选的，所述左狭缝式送粉通道的纵切面中心线和所述右狭缝式送粉通道的纵切面中心线之间的夹角为15°～90°，所述左狭缝式送粉通道或所述右狭缝式送粉通道的纵切面中心线与所述激光光束腔的纵切面中心线之间的夹角为10°～45°。

可选的，所述装置本体包括装置中心体和对称分布在所述装置中心体两侧的左本体和右本体，其中，所述激光光束腔设置在所述装置中心体上，所述左狭缝式送粉通道和所述右狭缝式送粉通道对称分布在所述激光光束腔的两侧，所述左狭缝式送粉通道沿所述左本体和所述装置中心体之间的拼接面分布，所述右狭缝式送粉通道沿所述右本体和所述装置中心体之间的拼接面分布。

可选的，所述所述激光光束腔竖直设置，所述左狭缝式送粉通道和所述右狭缝式送粉通道相对倾斜设置且所述左狭缝式送粉通道和所述右狭缝式送粉通道的出粉口朝向所述激光光束腔汇聚，所述左狭缝式送粉通道和所述右狭缝式送粉通道的横截面均为向所述激光光束腔弯曲的圆弧通道或椭圆弧通道。

可选的，所述左本体的外侧设置有左端盖，所述右本体的外侧设置有右端盖，所述左端盖和所述左本体相互配合形成左冷却腔，所述右端盖和所述右本体相互配合形成右冷却腔，所述左端盖和所述右端盖上均设置有冷却液循环管安装孔。

可选的，所述连接装置设置在所述装置本体的上端，所述连接装置上设置有连接法兰盘，所述连接法兰盘用于与其他部件相固定，所述激光光束腔贯穿所述装置本体和所述连接装置。

可选的，所述左冷却腔和所述右冷却腔对称分布在所述激光光束腔的两侧，所述左冷却腔和所述右冷却腔均为倾斜设置的矩形内腔，所述左冷却腔和所述右冷却腔之间的夹角为45°～45°。

可选的，所述连接装置包括包括固定底座、固定在所述固定底座上的连接法兰盘、分别位于所述固定底座两侧的外部送粉头安装板，其中，所述固定底座固定在所述装置本体的上端，所述外部送粉头安装板固定在所述装置本体上，所述外部送粉头安装板上设置有外部送粉头安装孔。

可选的，所述外部送粉头安装板的下表面与所述固定底座的下表面之间呈钝角倾斜设置，所述外部送粉头安装孔内安装有外部送粉头，所述外部送粉头用于连接外部送粉管。

本发明的有益效果如下：

本发明实施例提供一种狭缝式送粉头包括装置本体、固定在装置本体上的连接装置、设置在装置本体中间位置的激光光束腔、分布在激光光束腔左右两侧的狭缝式送粉腔，其中，连接装置用于将所述同轴送粉装置与其他部件相固定，狭缝式送粉腔的出口截面积大，送粉粉末的粒子速度慢且反弹小，不仅可以提高粉末利用率高和粉末汇聚性更好，而且狭缝式送粉腔相对于孔隙型送粉腔的加工难度和制造成本均低，并且狭缝式送粉腔的横截面为向激光光束腔弯曲的弧形可以保证超高速激光熔覆工艺的激光束能量大部分用于加热熔化和加速飞行中的粉末粒子，避免了熔覆涂层被基材稀释，保证涂层的有效成分不受基体材料的影响从而提高涂层的耐蚀抗磨效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明实施例的一种狭缝式送粉头的等轴侧结构示意图；

图2为本发明实施例的一种狭缝式送粉头的等轴侧结构示意图；

图3为本发明实施例的一种狭缝式送粉头的正视结构示意图；

图4为本发明实施例的一种狭缝式送粉头的俯视结构示意图；

图5为本发明实施例的图3中的a-a向剖视结构示意图；

图6为本发明实施例的图3中的b-b向剖视结构示意图；

图7为本发明实施例的图4中的c-c向剖视结构示意图；

图8为本发明实施例的图4中的d-d向剖视结构示意图；

图9为本发明实施例的一种装置中心体的等轴侧结构示意图；

图10为本发明实施例的一种装置中心体的俯视结构示意图；

图11为本发明实施例的一种装置中心体的正视结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

下面将结合图1～图11对本发明实施例的一种狭缝式送粉头进行详细的说明。

参考图1、图2和图3所示，本发明实施例提供的一种狭缝式送粉头包括装置本体1、固定在装置本体1上的连接装置2、设置在装置本体1上的激光光束腔3、分别分布在激光光束腔3的左右两侧的狭缝式送粉腔4，其中，连接装置2用于将本发明实施例的狭缝式送粉头与激光喷涂装备的其他部件相固定，示例的，本发明实施例的狭缝式送粉头的装置本体1通过连接装置2固定在激光熔覆装置或者激光喷熔设备上。

参考图1、图2、图5、图6、图7和图8所示，装置本体1上设置的激光光束腔3为倒锥形结构，狭缝式送粉腔4包括相对分布在激光光束腔3两侧的左狭缝式送粉通道401和右狭缝式送粉通道402，狭缝式送粉腔4的横截面为矩形或向激光光束腔3弯曲的弧形，也即狭缝式送粉腔4的横截面形状为长条形或弯曲的弧形结构。示例的，狭缝式送粉腔4的横截面形状可以为矩形或月牙状的弧形结构。其中，无论本发明实施例的狭缝式送粉腔4的横截面为矩形或向激光光束腔3弯曲的弧形，其整体都是出口向激光光束腔3汇聚的倾斜设置在激光光束腔3两侧的左狭缝式送粉通道401和右狭缝式送粉通道402，均可以保证经左狭缝式送粉通道401和右狭缝式送粉通道402喷出的粉末均在激光光束腔3所在的方向汇聚，进而可以在基材表面形成厚度均匀且表面质量极好的涂层。

优选的，本发明实施例的狭缝式送粉头的左狭缝式送粉通道401和右狭缝式送粉通道402均为相对设置的向激光光束腔3弯曲的弧形结构，其中，狭缝式送粉通道401和右狭缝式送粉通道402均为向激光光束腔3弯曲的圆弧通道或椭圆弧通道，激光光束腔3位于左狭缝式送粉通道401和右狭缝式送粉通道402的弧形内侧，并且左狭缝式送粉通道401和右狭缝式送粉通道402相对激光光束腔3倾斜设置，进而可以保证经左狭缝式送粉通道401和右狭缝式送粉通道402喷出的粉末均在激光光束腔3所在的方向汇聚，进而可以在基材表面形成厚度均匀且表面质量极好的涂层。

参考图1、图2、图4、图5、图6和图8所示，左狭缝式送粉通道401和右狭缝式送粉通道402的纵切面中心线与激光光束腔3的纵切面中心线的汇聚点均在同一个平面内；也即激光光束腔3竖直设置，左狭缝式送粉通道401和右狭缝式送粉通道402的出粉口朝向激光光束腔3汇聚，且左狭缝式送粉通道401和右狭缝式送粉通道402的纵切面中心线与激光光束腔3的纵切面中心线的汇聚点均在同一个平面内。参考图5、图6、图7、图8、图9和图10所示，左狭缝式送粉通道401和右狭缝式送粉通道402均为相对设置的向激光光束腔3弯曲的弧形狭缝通道，在其多个纵切面上均存在左狭缝式送粉通道401和右狭缝式送粉通道402的纵切面中心线以及激光光束腔3的纵切面中心线，不同的纵切面会出现不同的纵切面中心线，但是，左狭缝式送粉通道401和右狭缝式送粉通道402的所有纵切面中心线与激光光束腔3的相应的纵切面中心线的汇聚点均在同一个平面内，也即左狭缝式送粉通道401和右狭缝式送粉通道402的所有纵切面中心线与激光光束腔3的中轴面之间的交点在同一个水平面内，进而出粉口可以形成一个饼状结构，实现在激光光束腔内光束的汇聚点处形成粉饼包覆，并且狭缝式送粉腔的出口处形成的粉饼具有一定的直径进而可以在激光光束汇聚点的上方与激光光束汇聚，使得激光束在抵达基体表面之前与粉饼接触，保证激光束的能量大部分用于加热熔化和加速飞行中的粉末粒子，只有极少量的光束能量会加热基体，避免了基体被过度加热而大幅降低稀释率，减小了基体变形量和稀释率，可以大幅度提高粉末利用率和加工效率，保证涂层的有效成分不受基体材料的影响从而提高涂层的耐蚀抗磨效果。

参考图1、图2、图7和图8所示，左狭缝式送粉通道401和右狭缝式送粉通道402均相对激光光束腔3倾斜设置，左狭缝式送粉通道401和右狭缝式送粉通道402的纵切面中心线之间的夹角α为15°～90°，左狭缝式送粉通道401或右狭缝式送粉通道402的纵切面中心线与激光光束腔3的中心线之间的夹角β为10°～45°。本申请的发明人经过大量的实验和实践，历经多数次的失败后发现，只有当本发明实施例的狭缝式送粉头的左狭缝式送粉通道401和右狭缝式送粉通道402的纵切面中心线之间的夹角α为15°～90°，左狭缝式送粉通道401或右狭缝式送粉通道402的纵切面中心线与激光光束腔3的纵切面中心线之间的夹角β为10°～45°时才可以保证本发明实施例的狭缝式送粉头用于超高速激光熔覆工艺可以形成高质量的热喷涂涂层。如果左狭缝式送粉通道401或右狭缝式送粉通道402的纵切面中心线与激光光束腔3的纵切面中心线之间的夹角β为不在10°～45°的范围内，无论是大于该夹角范围或者小于该夹角范围，都不能实现本发明实施例的狭缝式送粉头用于超高速激光熔覆工艺可以获取到质量较好的涂层。

参考图1、图2、图5、图6、图7和图8所示，左狭缝式送粉通道401或右狭缝式送粉通道402对称分布在激光光束腔3的左右两侧，优选的，左狭缝式送粉通道401或右狭缝式送粉通道402的纵切面中心线之间的夹角为30°～45°，因为当左狭缝式送粉通道401或右狭缝式送粉通道402的纵切面中心线之间的夹角为30°～45°且左狭缝式送粉通道401或右狭缝式送粉通道402对称分布在激光光束腔3的左右两侧时，本发明实施例的狭缝式送粉头用于超高速激光熔覆工艺时，可以在激光光束汇聚点的圆周方向上形成均匀的粉饼，进而可以在基材表面形成厚度均匀且表面质量极好的涂层。

参考图1、图5、图6、图7、图8、图9和图10所示，本发明实施例的狭缝式送粉头的激光光束腔3为四棱柱结构，其中，激光光束腔3的锥度为1:10～1:5，优选的，激光光束腔3的锥度为15:114，其中，锥度指的是大端半径与小端半径的差值与高度之间的比值。在该锥度下通过的激光光束与粉饼之间的作用时间最长，粉末的利用率最高、基体稀释率最低且涂层的冶金结合强度。

参考图1、图2、图3、图4、图6、图7、图8、图9和图10所示，本发明实施例的狭缝式送粉头在激光光束腔3的两侧设置有冷却腔5，具体的，左狭缝式送粉通道401的外侧设置有左冷却腔501，右狭缝式送粉通道402的外侧设置有右冷却腔502，左冷却腔501和右冷却腔502对称分布在激光光束腔3的两侧。其中，左冷却腔501和右冷却腔502均为倾斜设置的矩形内腔，矩形内腔的侧壁上设置有冷却液循环管安装孔503，左冷却腔501和右冷却腔502之间的夹角为30°～45°。冷却液循环管安装孔503用于安装冷却液循环管实现本发明实施例的狭缝式送粉头的快速冷却。

参考图1～图11所示，本发明实施例提供的狭缝式送粉头为了降低装置本体的加工难度，采用相互拼接固定的分体式结构。具体的，参考图2、图3、图4、图6、图7、图8、图9、图10和图11所示，本发明实施例提供的装置本体1包括装置中心体101和对称分布在装置中心体101两侧的左本体102和右本体103，其中，左狭缝式送粉通道401沿左本体102和装置中心体101之间的拼接面分布，右狭缝式送粉通道402沿右本体103和装置中心体101之间的拼接面分布。

其中，参考图1、图2、图5、图6、图7、图8和图9所示，本发明实施例的装置中心体101、左本体102和右本体103分开单独加工之后，可以采用螺钉或者螺栓相互安装固定。同时，采用分体式结构的装置本体1是为了降低狭缝式送粉腔4的加工难度。参考图5、图6、图7、图8、图9、图10和图11所示，装置中心体101、左本体102和右本体103之间的拼接面为弧面，相互拼接之后形成分别在其拼接面上形成一个狭缝式通道，其中，装置中心体101的两个外表面为向外凸出的弧面，左本体102和右本体103与其相对的表面为向内凹陷的弧面，进而装置中心体101、左本体102和右本体103相互拼接之后形成分别在装置中心体101两侧的拼接面上分别形成一个狭缝式通道，该狭缝式通道即为狭缝式送粉腔4，进而可以降低狭缝式送粉腔4的加工难度，降低本发明实施例的狭缝式送粉头的制造成本。由于左狭缝式送粉通道401和右狭缝式送粉通道402的横截面均为相对设置的向激光光束腔3弯曲的弧形结构，并且，狭缝式送粉通道401和右狭缝式送粉通道402均为向激光光束腔3弯曲的圆弧通道或椭圆弧通道，如果装置本体不采用拼接结构其加工难度极高，甚至无法加工出合格的狭缝式送粉腔，采用分体式结构的装置本体实现狭缝式送粉腔的加工，可以极大程度的降低狭缝式送粉腔的加工难度，并提高狭缝式送粉腔的加工精度和表面粗糙度。

参考图1、图6、图8所示，左狭缝式送粉通道401的外侧设置有左冷却腔501，右狭缝式送粉通道402的外侧设置有右冷却腔502，左冷却腔501和右冷却腔502对称分布在激光光束腔3的两侧。其中，左冷却腔501和右冷却腔502分别是左端盖504和右端盖505与装置本体1相互拼接形成的冷却液循环空间，参考图1、图6和图8所示，左端盖504和右端盖505分别采用螺栓或者螺钉固定在装置本体1的两侧。

具体的，参考图1、图6和图8所示，左端盖504和右端盖505分别固定在左本体102和右本体103的外侧，其中，左端盖504与左本体102相互拼接形成左冷却腔501，右端盖505和右本体103相互拼接形成右冷却腔502。左冷却腔501和右冷却腔502采用拼接结构形成可以降低冷却腔室的加工难度。示例的，左冷却腔501和右冷却腔502均为矩形腔室。左端盖504和右端盖505上均设置有冷却液循环管安装孔503。

本发明实施例提供的狭缝式送粉头采用顶部安装固定方式，连接装置2固定在装置本体1的上部，其中，连接装置2可以与装置中心体101一体成型或者分体加工，并且，连接装置2可以焊接固定在装置中心体101的上部或者采用螺纹连接或螺栓连接固定在装置中心体101上。参考图1、图2、图3、图7和图8所示，连接装置2上设置有连接法兰盘201，连接法兰盘201用于与其他部件相固定，激光光束腔3贯穿装置本体1和连接装置2。

具体的，参考图1、图2、图7和图8所示，连接装置2设置在装置本体1的上端，连接装置2上设置有连接法兰盘201，连接法兰盘201用于与其他部件相固定，激光光束腔3贯穿装置本体1和连接装置2。其中，参考图1、图2、图7和图8所示，连接装置2包括固定底座202、固定在固定底座202上的连接法兰盘201、分别位于固定底座202两侧的外部送粉头安装板203，其中，固定底座202和连接法兰盘201一体铸造成型，固定底座202采用螺栓或者螺钉固定在装置本体1的上端，外部送粉头安装板203采用螺栓或者螺钉固定在装置本体1上，外部送粉头安装板203上设置有外部送粉头安装孔204，外部送粉头403可以采用螺纹连接固定在外部送粉头安装孔204内。外部送粉头安装板203的下表面与固定底座202的下表面之间呈钝角倾斜设置。

本发明实施例提供一种狭缝式送粉头包括装置本体、固定在装置本体上的连接装置、设置在装置本体中间位置的激光光束腔、分布在激光光束腔左右两侧的狭缝式送粉腔，其中，连接装置用于将所述同轴送粉装置与其他部件相固定，狭缝式送粉腔的横截面为向激光光束腔弯曲的弧形，狭缝式送粉腔的出口截面积大，送粉粉末的粒子速度慢且反弹小，不仅可以提高粉末利用率高和粉末汇聚性更好，而且狭缝式送粉腔相对于孔隙型送粉腔的加工难度和制造成本均低，并且狭缝式送粉腔的横截面为向激光光束腔弯曲的弧形可以保证超高速激光熔覆工艺的激光束能量大部分用于加热熔化和加速飞行中的粉末粒子，避免了熔覆涂层被基材稀释，保证涂层的有效成分不受基体材料的影响从而提高涂层的耐蚀抗磨效果。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。