专利名称：一种激光喷嘴装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于激光加工领域，特别涉及一种激光喷嘴装置。
背景技术：
激光熔覆、激光再制造、激光喷涂、激光叠层制造等激光加工技术自问世以来受到 越来越多的关注，其所具有的保护环境、降低能耗、节约战略金属、提高材料表面性能等优 点，使得对其进行研究和改进具有重大意义。其中，激光熔覆是其中应用较广的技术之一， 激光熔覆亦称激光包覆或激光熔敷，它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。在激光加工技术应用中，激光喷嘴是最为关键的设备之一，而且喷嘴所喷射出来 的粉末的均勻度很大程度上决定了设备的加工质量。在激光熔覆领域，激光喷嘴的作用为 将粉末送入激光熔池中，使粉末熔融后与基材结合，形成熔覆层。目前，现有的涂覆技术有 预涂、侧向送粉和同轴送粉等，这些技术在结合现有的激光喷嘴结构使用时，常常会存在工 序复杂、粉末汇聚点与激光聚焦点偏离大、操作复杂、送粉不均勻等缺陷。申请号为“200420046952. 9”的中国实用新型专利公开了一种环式同轴激光熔覆 喷嘴，其上部为与激光头相连的连接套，中部为起过渡连接作用的滑座套，下部为喷嘴芯模 块三部分相连构成；连接套上部开有4个用于与激光器头部相连的径向孔，滑座套下部开 有3条容纳三个锁紧螺栓的滑槽；喷嘴内设有光束及保护气通道、粉末通道、冷却水通道， 光束及保护气通道，粉末通道外接三个进粉管，冷却水通道分别外接进、出水管。这种结构 虽然具有可实现粉末汇聚点与激光聚焦点同轴、操作方便等优点，但该结构不能从根本上 实现均勻送粉，需要设置多个送粉口(通过注入多股粉末流的方式使粉末均勻分布)，这不 但使送粉系统复杂化、喷嘴装置的可操作性低，而且加长了喷嘴装置的送粉通道，加长了其 送粉时间，使得加工的粉末均勻度不够，影响加工的产品质量。
实用新型内容本实用新型的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种能使粉末均勻 分布的激光喷嘴装置。本实用新型通过下述技术方案实现一种激光喷嘴装置，包括外套以及置于外套 内部的喷嘴芯，外套上端的侧壁开有进粉口，进粉口外接进粉管道；外套的下端与喷嘴芯的 下端之间设有出粉口 ；外套的内侧与喷嘴芯的外侧之间设有粉末通道，所述粉末通道延伸 至出粉口处，且进粉口、粉末通道、出粉口三者之间相互连通；所述喷嘴芯外侧壁上镶嵌有 若干个钢球，且喷嘴芯内设有激光通道；外套的上端与喷嘴芯的上端套接。作为优选方案，所述喷嘴芯由依上而下一体连接的螺纹段、钢球段和圆锥段构成， 所述外套由依上而下一体连接的螺纹段、圆柱段和圆锥段构成，喷嘴芯的螺纹段与外套的 螺纹段对应设置，且两者之间通过螺纹套接；喷嘴芯的钢球段与外套的圆柱段对应设置，且喷嘴芯钢球段的外侧与外套圆柱段的内侧之间设有构成所述粉末通道的空腔；喷嘴芯的圆 锥段与外套的圆锥段对应设置，且喷嘴芯圆锥段的外锥面与外套圆锥段的内锥面之间设有 构成所述出粉口的锥形间隙。作为优选，喷嘴芯的螺纹段设有外螺纹，外套的螺纹段设有内螺纹，喷嘴芯的外螺 纹与外套的内螺纹配合连接。所述进粉口设于外套圆柱段的侧壁上。所述钢球镶嵌于钢球段的外侧壁上。各钢球均勻分布，且相邻的两钢球间相互错位设置。所述钢球的面向外套的顶端与外套的内壁之间的距离优选为0. 5 5mm。各钢球的球心之间的距离优选为钢球直径的1. 5 3倍。所述钢球的直径优选为0. 5 2mm。作为优选，所述进粉口为外套侧壁上开设的通孔，通孔的方向与喷嘴芯垂直。作为优选方案，所述进粉口为1 6个，且各进粉口围绕外套的中心轴线均勻设置。所述喷嘴芯内部开有通孔，形成所述的激光通道。本实用新型的原理粉末从进粉口进入粉末通道后，粉末碰撞到钢球，由于钢球表 面具有一定的弧度，粉末会往左右方向或上下方向反弹到其它钢球、外套的内表面或喷嘴 芯钢球段的外壁上，并继续反弹；随着粉末的不断反弹，逐渐达到均勻分布。本实用新型利 用钢球使粉末在粉末通道中不断反弹，改变粉末的运动轨迹，使喷嘴喷射出来的粉末均勻 分布，从根本上解决了喷射粉末不均勻的问题。使用时，进粉管道一般采用比较高的速度来 实现粉末的输送。根据上述原理，即使只采用单个进粉口，也能实现粉末的均勻分布，原因 是粉末流进入粉末通道后，各粉末碰撞到钢球并反弹到其它钢球表面、外套的内表面或喷 嘴芯钢球段的外壁上，改变了其运动轨迹；由于钢球表面、外套内表面和喷嘴芯钢球段的外 壁均具有一定的弧度，因此粉末流中的各个粉末的发生反弹的位置、反弹的角度各有差异， 而且通常各粉末的粒径、形状等特性并不完全一致，这使得各个粉末的运动轨迹各有差异， 而且进粉口的通孔方向垂直于喷嘴芯，使得粉末垂直送进粉末通道，同时粉末的速度比较 高，因此，粉末沿粉末通道到达出粉口的过程中，送进粉末通道的有些粉末则不会在瞬间因 重力而下落，而是能够瞬间到达钢球表面，并因反弹作用在粉末通道中逐渐分散并散布到 各个方向的粉末通道，包括喷嘴芯背面的粉末通道(即喷嘴芯与进粉口相对的另一面粉末 通道)，而且粉末在散布过程中会逐渐趋于均勻化。本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果1、本实用新型利用钢球使粉末在粉末通道中不断反弹，改变粉末的运动轨迹，使 喷嘴喷射出来的粉末均勻分布，可从根本上解决现有技术中喷射粉末不均勻的问题。2、本实用新型不需要相当长的环锥形送粉通道，避免了以往的喷嘴必须采用多个 进粉口的问题，从而大大减小了喷嘴装置的整体尺寸。3、本实用新型通过各钢球的不同方向的碰撞来实现均勻送粉，且进粉口的通孔方 向与喷嘴芯垂直，因此，在高速输送粉末的前提下，采用单个进粉口就可以达到粉末均勻分 布的效果，避免了先有技术中的喷嘴必须采用多个进粉口的问题，大大降低了与本装置配 合使用的送粉系统的复杂程度，提高了本喷嘴装置的可操作性。
图1是本激光喷嘴装置的结构立体图。图2是图1所示装置的局部剖开立体示意图。图3是图1所示装置沿进粉口孔径方向的纵向剖视图。图4是图3所示装置中喷嘴芯的剖视图。图5是图3所示装置中外套的剖视图。图6是图1所示装置中钢球工作原理示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施 方式不限于此。实施例1图1至图5示出了本实施例的具体结构，如图1所示，本激光喷嘴装置包括外套9 以及置于外套9内部的喷嘴芯10，外套9上端的侧壁开有进粉口 12，进粉口 12外接进粉管 道；如图2所示，外套9的下端与喷嘴芯10的下端之间设有出粉口 14 ；外套9的内侧与喷 嘴芯10的外侧之间设有粉末通道11，所述粉末通道11延伸至出粉口 14处，且进粉口 12、 粉末通道11、出粉口 14三者之间相互连通；如图2所示，所述喷嘴芯10外侧壁上镶嵌有若 干个钢球13，且喷嘴芯10内设有激光通道15，如图3所示；外套9的上端与喷嘴芯10的上 端套接。如图4所示，所述喷嘴芯10由依上而下一体连接的螺纹段17、钢球段18和圆锥 段19构成，如图5所示，所述外套9由依上而下一体连接的螺纹段16、圆柱段20和圆锥段 21构成，喷嘴芯10的螺纹段17与外套9的螺纹段16对应设置，且两者之间通过螺纹套接， 即，喷嘴芯10的螺纹段17设有外螺纹，外套9的螺纹段16设有内螺纹，喷嘴芯10的外螺 纹与外套9的内螺纹配合连接。喷嘴芯10的钢球段18与外套9的圆柱段20对应设置，且喷嘴芯10的钢球段外 侧与外套9的圆柱段20内侧之间设有构成所述粉末通道11的空腔，如图3所示。喷嘴芯10的圆锥段19与外套9的圆锥段21对应设置，且喷嘴芯10圆锥段19的 外锥面与外套9圆锥段21的内锥面之间设有构成所述出粉口 14的锥形间隙。如图1和图5所示，所述进粉口 12为1个，设于外套9的圆柱段20侧壁上。各钢球13镶嵌于钢球段18的外侧壁上，且各钢球13均勻分布，相邻的两钢球13 间相互错位设置。所述钢球13的面向外套的顶端与外套9的内壁之间的距离为0. 5mm。各钢球13的球心之间的距离为钢球13直径的1. 5倍，每个钢球13的直径为 0. 5mmο所述进粉口 12为外套9侧壁上开设的通孔，通孔的方向与喷嘴芯10垂直。如图4所示，所述喷嘴芯10内部开有通孔，形成所述的激光通道15。由上述激光喷嘴装置实现粉末均勻分布的过程进粉管道输送粉末，粉末沿进粉 口 12进入粉末通道11，粉末碰撞到钢球13，通过钢球13不同方向上的反弹，粉末逐渐在粉末通道11中达到均勻分布，并沿出粉口 14排出，以实现均勻送粉。本实施例的原理如图6所示，均勻地镶嵌于喷嘴芯10的钢球段18外壁1上的钢 球2、钢球3、钢球4 ；粉末从进粉口 12进入粉末通道11后，方向5的粉末碰撞到钢球2，由 于钢球表面具有一定的弧度，粉末会往其他方向反弹到喷嘴芯10的钢球段18的外壁1上， 又反弹到钢球3上(当钢球2和钢球3之间距离较小时，会直接反弹到钢球3上)，并继续 反弹到其它钢球、外套内表面或喷嘴芯10的钢球段18外壁上，从而达到沿方向6分布的效 果；方向7的粉末碰撞到钢球2，反弹到喷嘴芯10的钢球段18外壁1上，又反弹到钢球4上 (同理，当钢球2和钢球4之间距离较小时，会直接反弹到钢球4上)，并继续反弹到其它钢 球、外套内表面或喷嘴芯10的钢球段18外壁上，从而达到沿着方向8分布的效果。根据上 述原理，粉末在粉末通道11中不断反弹，逐渐达到均勻分布。使用时，进粉管道一般采用比 较高的速度来实现粉末的输送。根据上述原理，即使只采用单个进粉口 12，也能实现粉末的 均勻分布，原因是粉末流进入粉末通道11后，各粉末碰撞到钢球并反弹到其它钢球表面、 外套9的内表面或喷嘴芯10钢球段18的外壁上，改变了其运动轨迹；由于钢球表面、外套 9内表面和喷嘴芯10钢球段18的外壁均具有一定的弧度，因此粉末流中的各个粉末的发生 反弹的位置、反弹的角度各有差异，而且通常各粉末的粒径、形状等特性并不完全一致，这 使得各个粉末的运动轨迹各有差异，而且进粉口 12的通孔方向垂直于喷嘴芯10，使得粉末 垂直送进粉末通道11，同时粉末的输送速度比较高，因此，粉末沿粉末通道11到达出粉口 14的过程中，送进粉末通道11的有些粉末则不会在瞬间因重力而下落，而是能够瞬间到达 钢球表面，并因反弹作用在粉末通道11中逐渐分散并散布到各个方向的粉末通道11，包括 喷嘴芯10背面的粉末通道11 (即喷嘴芯10与进粉口 12相对的另一面粉末通道11)，而且 粉末在散布过程中会逐渐趋于均勻化。本实施例利用钢球13使粉末在粉末通道11中不断反弹，改变粉末的运动轨迹，使 喷嘴喷射出来的均勻送粉，从根本上解决了喷射粉末不均勻的问题。实施例2本实施例除下述特征外其他结构同实施例1 各钢球的球心之间的距离为钢球直 径的3倍，每个钢球的直径为2mm。所述进粉口为6个，且各进粉口围绕外套的中心轴线均勻设置。所述钢球13的面向外套的顶端与外套9的内壁之间的距离为5mm。实施例3本实施例除下述特征外其他结构同实施例1 各钢球的球心之间的距离为钢球直 径的2倍，每个钢球的直径为1mm。所述进粉口为3个，且各进粉口围绕外套的中心轴线均勻设置。所述钢球13的面向外套的顶端与外套9的内壁之间的距离为3mm。上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述 实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替 代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种激光喷嘴装置，包括外套以及置于外套内部的喷嘴芯，其特征在于外套上端 的侧壁开有进粉口，进粉口外接进粉管道；外套的下端与喷嘴芯的下端之间设有出粉口 ； 外套的内侧与喷嘴芯的外侧之间设有粉末通道，所述粉末通道延伸至出粉口处，且进粉口、 粉末通道、出粉口三者之间相互连通；所述喷嘴芯外侧壁上镶嵌有若干个钢球，且喷嘴芯内 设有激光通道；外套的上端与喷嘴芯的上端套接。
2.根据权利要求1所述的激光喷嘴装置，其特征在于所述喷嘴芯由依上而下一体连 接的螺纹段、钢球段和圆锥段构成，所述外套由依上而下一体连接的螺纹段、圆柱段和圆锥 段构成，喷嘴芯的螺纹段与外套的螺纹段对应设置，且两者之间通过螺纹套接；喷嘴芯的钢 球段与外套的圆柱段对应设置，且喷嘴芯钢球段的外侧与外套圆柱段的内侧之间设有构成 所述粉末通道的空腔；喷嘴芯的圆锥段与外套的圆锥段对应设置，且喷嘴芯圆锥段的外锥 面与外套圆锥段的内锥面之间设有构成所述出粉口的锥形间隙。
3.根据权利要求2所述的激光喷嘴装置，其特征在于所述进粉口设于外套圆柱段的 侧壁上；所述钢球镶嵌于钢球段的外侧壁上。
4.根据权利要求1或3所述的激光喷嘴装置，其特征在于各钢球均勻分布，且相邻的 两钢球间相互错位设置。
5.根据权利要求1或3所述的激光喷嘴装置，其特征在于所述钢球的面向外套的顶 端与外套的内壁之间的距离为0. 5 5mm。
6.根据权利要求1或3所述的激光喷嘴装置，其特征在于各钢球的球心之间的距离 为钢球直径的1. 5 3倍；所述钢球的直径为0. 5 2mm。
7.根据权利要求1或3所述的激光喷嘴装置，其特征在于所述进粉口为外套侧壁上 开设的通孔，通孔的方向与喷嘴芯垂直。
8.根据权利要求1或3所述的激光喷嘴装置，其特征在于所述进粉口为1 6个，且 各进粉口围绕外套的中心轴线均勻设置。
9.根据权利要求1或3所述的激光喷嘴装置，其特征在于所述喷嘴芯内部开有通孔， 形成所述的激光通道。
专利摘要本实用新型公开了一种激光喷嘴装置，包括外套以及置于外套内部的喷嘴芯，外套上端的侧壁开有进粉口，进粉口外接进粉管道；外套的下端与喷嘴芯的下端之间设有出粉口；外套的内侧与喷嘴芯的外侧之间设有粉末通道，所述粉末通道延伸至出粉口处，且进粉口、粉末通道、出粉口三者之间相互连通；所述喷嘴芯外侧壁上镶嵌有若干个钢球，且喷嘴芯内设有激光通道；外套的上端与喷嘴芯的上端套接。本实用新型采用钢球使得无需采用较长的送粉通道也能实现均匀送粉，从而减小了喷嘴的整体尺寸，大大降低了与本装置配合使用的送粉系统的复杂程度，提高了本喷嘴装置的可操作性。
文档编号B05B1/00GK201776195SQ201020531688
公开日2011年3月30日 申请日期2010年9月15日 优先权日2010年9月15日
发明者杨永强, 王迪, 苏旭彬 申请人:华南理工大学