高速激光熔覆环形同轴送粉喷嘴的制作方法

本实用新型涉及激光熔覆技术领域，具体涉及一种高速激光熔覆环形同轴送粉喷嘴。

背景技术：

高速激光熔覆是一种新兴的表面改性技术，现阶段主要用于在金属表面形成一层不同于基体材料的功能涂层，能够有效地改善和增强基体的表面特性，以提高基体材料的耐磨性，耐腐蚀性等性能，传统的激光熔覆是激光直接加热零件基体形成熔池，外加粉末落入熔池后熔化形成较厚涂层；而高速激光熔覆则改变激光与粉末的作用过程，让激光在基体上方直接加热粉末，使得粉末形成熔融或半熔融状态后再落入基体表面以形成涂层。

目前，高速激光熔覆的送粉方式主要有多束流同轴送粉、环形同轴送粉、中心送粉等，而在应用中，喷嘴喷出的粉末均匀度在很大程度上决定了熔覆质量，多束流同轴送粉喷嘴的粉末经多个通道射出后汇聚形成粉斑，存在粉斑过大，粉末汇聚性不高，利用率低的缺点；环形同轴送粉喷嘴通过圆锥形空隙引导粉末颗粒，形成环形气粉流汇聚后进入熔池，虽然可以控制粉斑大小，但因圆锥形空隙小，极易出现堵塞、送粉不均匀等现象；中心送粉喷嘴通通过激光光束包围气粉流，虽然具有较好的气粉汇聚性，但是需要多个激光输出头，设备成本较大。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种能够均匀的出粉、粉末利用率高并且成本较低的高速激光熔覆环形同轴送粉喷嘴。

本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种高速激光熔覆环形同轴送粉喷嘴，所述喷嘴中心设有激光通道，所述喷嘴外侧设有若干个进粉口，所述进粉口连接有粉管，所述喷嘴内设有与进粉口连通的环形的气粉腔，所述气粉腔下方设有锥形的环形粉道，所述气粉腔下端沿周向间隔设有竖向设置的若干小孔，所述气粉腔通过小孔与环形粉道连通，所述粉管内的气粉在气粉腔中均匀混合后通过小孔进入环形粉道以进行出粉。

本实用新型的优点在于：粉管中的气粉通过进粉口进入气粉腔内，首先在气粉腔内进行混合后，通过气粉腔底部的小孔进入环形粉道内进行出粉，环形的气粉腔的设置，高速的气粉流进入气粉腔，沿着环形轨迹运动并充满气粉腔，同时，气粉在腔壁内来回碰撞使气粉在气粉腔内进行充分的混合；小孔的设置，使得混合后的气粉通过小孔均匀的进入环形粉道，避免大量的气粉同时进入环形粉道内导致出粉量过大，造成堵塞和浪费；锥形的环形粉道的设置，保证出粉后的粉斑与激光光斑交汇，气粉通过环形粉道统一出粉，具有良好的汇聚性。

进一步，所述喷嘴包括内喷嘴和外喷嘴，所述内喷嘴和外喷嘴套和构成气粉腔和环形粉道。通过以上改进，气粉腔和环形粉道由内喷嘴和外喷嘴套和构成，方便加工，避免在出粉过程中与空气混合，导致气粉不均匀，进而影响熔覆质量。

进一步，所述进粉口与小孔垂直设置，通过以上改进，在气粉进入气粉腔后，不会瞬间进入小孔内，保证粉管内的气粉流在气粉腔内混合均匀后，均匀的进入环形粉道，避免大量的气粉同时进入环形粉道内导致出粉量过大，造成浪费。

进一步，所述气粉腔的内腔壁上嵌有若干钢球，所述钢球在腔壁上均匀布置。通过以上改进，气粉腔内钢球的设置，嵌入腔壁上的钢球具有一定的弧度，使得进入气粉腔内的气粉在各个钢球的球面上不断冲刷进一步混合，并且，将颗粒大小不同的粉末颗粒的大小均匀化，使得气粉腔内的气粉达到均匀状态。

进一步，所述环形粉道的开口沿出粉方向逐渐变小。通过以上改进，混合均匀的气粉通过小孔进入环形粉道，环形粉道的开口沿出粉方向逐渐变小，增加了粉末的汇聚性，提高了粉末利用率。

进一步，所述小孔的出口端设有用于供气粉二次混合的混合腔，所述混合腔与环形粉道连通。通过以上改进，混合腔的设置，气粉在气粉腔内初步混合后通过小孔进入混合腔内进行二次混合，进一步提高了气粉的均匀性，确保出粉腔均匀的出粉，避免在环形粉道内出现堵塞的现象，以获得高质量的熔覆层。

进一步，所述小孔朝向混合腔的腔壁设置。通过以上改进，气粉通过小孔进入混合腔后与混合腔的内壁相撞，以使气粉在混合腔内获得更好的混合效果，更进一步的保障了气粉的均匀性。

进一步，所述进粉口的数量为二至四个并沿周向均匀间隔设置。通过以上改进，在外喷嘴上三个粉管的设置，使气粉腔内含有充分的气粉流混合均匀，进而保证气粉布满环形粉道内，以及环形粉道内气粉的连续性，避免出粉间断不连续，影响熔覆质量。

进一步，所述外喷嘴的外壁设有冷却水槽，所述外喷嘴的外部套设有水道套，所述水道套上连接有水管，所述外喷嘴与水道套构成供水体流动的通道。通过以上改进，冷却水槽和水道套的设置，水体通过水管在冷却水槽内流通，降低熔覆时喷嘴的温度，提高喷嘴的使用寿命。

进一步，所述冷却水槽由沿轴向设置且由相互连通的若干c型环道构成。通过以上改进，使得冷却水槽完全覆盖在外喷嘴的外壁上，扩大了冷却面积，水体经由c型环道带走大量热量，具有更好的冷却效果。

附图说明

图1为本实用新型的剖视图；

图2为本实用新型的冷却水槽示意图；

图3为本实用新型的冷却水槽展开图；

图中：1、内喷嘴；1.1、激光通道；1.2、第二环形凹槽；2、外喷嘴；2.1、进粉口；2.2、粉管；2.3、第一环形凹槽；2.4、混合腔；2.5、连接部；3、气粉腔；3.1、钢球；3.2、小孔；4、环形粉道；5、水道套；5.1、水管；5.2、冷却水槽；5.3、c型环道；5.4、进水道；5.5、出水道；

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应当理解尽管在本文中出现了术语上、中、下、外等以描述各种元件，但这些元件不被这些术语限制。这些术语仅用于将元件彼此区分开以便于理解，而不是用于定义任何方向或顺序上的限制。

如图1-3所示，一种高速激光熔覆环形同轴送粉喷嘴，包括下端呈锥形的内喷嘴1和外喷嘴2，内喷嘴1上设有激光通道1.1，外喷嘴2上设有横向设置的进粉口2.1，进粉口2.1与粉管2.2连接，其中，进粉口2.1和进粉管2.2的数量为三个，并且沿周向均匀间隔设置，内喷嘴1上端设有凸环状的连接部2.5，内喷嘴1的连接部2.5和外喷嘴2的上端部相抵并通过螺栓固定连接，外喷嘴2与内喷嘴1套和构成与进粉口2.1连通的环形的气粉腔3和圆锥形的环形粉道4，气粉腔3的下端沿周向均匀间隔设有若干小孔3.2，气粉腔3通过小孔3.2与环形粉道4连通，在气粉进入气粉腔3后，气粉不会瞬间进入小孔3.2内，保证粉管2.2内的气粉在气粉腔3内混合均匀后，通过小孔3.2均匀的进入环形粉道4并汇聚成粉斑。

具体的，外喷嘴2的内壁上设有第一环形凹槽2.3，内喷嘴1的外壁上设有与第一环形凹槽2.3相配的第二环形凹槽1.2，外喷嘴2和内喷嘴1套和连接后，第一环形凹槽2.3和第二环形凹槽1.2构成球环形的气粉腔3，高速的气粉流通过进粉口2.1进入气粉腔3内，沿着第一环形凹槽2.3和第二环形凹槽1.2所形成的环球状的轨迹运动，并且与气粉腔3的内壁碰撞，使整个气粉腔3内充满气粉并充分混合。

具体的，气粉腔3的内腔壁上镶嵌有若干钢球3.1，并且钢球3.1在腔壁上均匀布置，使得气粉在沿着气粉腔3轨迹充满气粉腔3内时，气粉冲刷置于气粉腔3内的钢球3.1，而嵌入腔壁上的钢球3.1具有一定的弧度，所以气粉中的粉末在各个钢球3.1上碰撞的位置和反弹的角度各不相同，随着气粉在钢球3.1的弧面上来回碰撞，将原本颗粒大小不同的粉末颗粒逐渐均匀化，使得气粉腔3内的气粉达到均匀状态。

具体的，环形粉道4的开口沿出粉方向逐渐变小，以增加出粉时的粉末汇聚性。

具体的，小孔3.2的出口端设有混合腔2.4，混合腔2.4与环形粉道4连通，气粉通过小孔3.2进入混合腔2.4内进行二次混合后，进入环形粉道4内出粉，进一步保证了气粉的均匀性，避免在环形粉道4内堵塞。

具体的，外喷嘴2的外壁设有供水体流动的冷却水槽5.2，外喷嘴2的外部套设有水道套5，冷却水槽5.2与水道套5构成供水体流动的通道，水道套5的端部与内喷嘴1的连接部2.5相抵，并且水道套5与外喷嘴2紧密贴合，水道套5上连接有进水管5.1和出水管5.1，水体在冷却水槽5.2内流动达到对喷嘴的冷却效果。

具体的，冷却水槽5.2由沿轴向设置的若干c型环道5.3构成，其中，最上端的c型环道5.3设有进水道5.4和出水道5.5，并且相邻的c型环道5.3之间连通，在外喷嘴2上形成蛇形的冷却水槽5.2并完全覆盖外喷嘴2的外壁，以达到最佳的冷却效果。

具体的，激光通道1.1的开口大小沿出粉方向逐渐变小。

本具体实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。