专利名称：同轴吹气式气体保护装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种保护装置，尤其是涉及一种在激光强化过程中防止辐照区内熔池氧化的同轴吹气式气体保护装置。
背景技术：
激光强化，如激光合金化、激光淬火、激光熔覆、激光重熔、激光非晶化等，其加热过程都是依靠高能量密度的激光束加热金属材料表面，金属材料吸收激光能量后，温度瞬时升高到相变温度或熔点。特别是当激光辐照区温度较高，形成表面熔池时，如果表面与空气接触，熔池中的金属及非金属元素易发生氧化，导致表面粗糙度增加。同时，金属中的碳、 钨等元素容易氧化烧损，造成表面脱碳、夹杂等，降低表面性能。目前的解决方法是侧向吹气保护法，即用一侧向导管与熔池中心轴成45°角，对准激光熔池，导管内通以氮气、氦气等惰性气体，靠惰性气体吹走熔池上方的空气，来防止氧化。但是这种侧吹式的方法，存在较多问题如侧向吹气导管难固定，与辐照区对准情况难检查；只适用于直线往复运动，不适合圆周、曲线运动；当激光头上下运动时，难以保持始终对准辐照区，防氧化效果较差。
发明内容本实用新型要解决上述现有技术的缺点，提供一种同轴吹气式气体保护装置，该同轴气体保护装置不但安装、固定方便，而且能随激光头按任意轨迹运动，能保证惰性气流始终对准激光辐照区，防氧化、烧损效果好。本实用新型解决其技术问题采用的技术方案这种同轴吹气式气体保护装置，包括激光头，激光头内设有激光束通道，激光头底端连接有气帘室，气帘室的底端连接有喷嘴，气帘室、喷嘴的中间均设有与激光束通道相对应的气帘室通道、喷嘴通道，其中喷嘴通道自上而下逐渐变小；气帘室内设有密封的环形内腔，该环形内腔的外壁设有气帘室进气口，环形内腔的内壁设有一组均勻分布并通向气帘室通道的气帘室出气口 ；喷嘴外壁上设有喷嘴进气口，喷嘴底部设有喷嘴出气口 ；喷嘴进气口通过导管连接在喷嘴气流分束器的喷嘴气流分束器出气口上，气帘室进气口通过导管连接在气帘气流分束器的气帘气流分束器出气口上。惰性气体分别从两个高压气瓶喷出后，分别进入气帘气流分束器、喷嘴气流分束器。气帘气流分束器将气体分为四束气流后进入由气帘室。气流在气帘室汇集后，从气帘室出气口分为六束气流从气帘室通道内喷出。六束气流互相碰撞，形成气帘，阻止外部空气从激光束通道进入。喷嘴气流分束器将气体分为四束气流后进入由喷嘴，随后从喷嘴室出气口喷出，四束气流在喷嘴室底部汇聚，呈倒锥形从喷嘴出气口喷出，完全笼罩激光辐照区，从而隔离空气，防止金属氧化、烧损。为了更进一步完善气帘室包括相互螺纹连接的上气帘室、下气帘室，上气帘室、下气帘室之间设有密封圈。气帘室结构简单，且气密性好。[0008]气帘室与激光头之间设有与其相对应的焦距调节件，该焦距调节件的两端分别螺纹连接在气帘室、激光头上。焦距调节件可调节喷嘴的高低，从而控制喷嘴出气口所喷出气体的覆盖面积。喷嘴气流分束器包括上喷嘴气流分束器、下喷嘴气流分束器，上喷嘴气流分束器与下喷嘴气流分束器螺纹连接并形成密封的喷嘴气流分束器内腔，下喷嘴气流分束器的底端设有一个喷嘴气流分束器进气口和一组喷嘴气流分束器出气口。该喷嘴气流分束器结构简单合理，有效地将气流分束，其中喷嘴气流分束器出气口的个数大小与喷嘴进气口相对应。气帘气流分束器包括上气帘气流分束器、下气帘气流分束器，上气帘气流分束器与下气帘气流分束器螺纹连接并形成密封的气帘气流分束器内腔，下气帘气流分束器的底端设有一个气帘气流分束器进气口和一组气帘气流分束器出气口。该气帘气流分束器结构简单合理，有效地将气流分束，其中气帘气流分束器出气口的个数大小与气帘室进气口相对应。喷嘴气流分束器、气帘气流分束器固定连接在一固定圈上，该固定圈套接在激光头外，并通过一紧固件固定在激光头外。该结构简单牢固地将喷嘴气流分束器、气帘气流分束器固定在激光头上。本实用新型有益的效果是本实用新型能避免激光强化时熔池或辐照区与空气接触，有效防止金属及非金属元素的氧化、烧损，采用的同轴吹气装置结构简单，安装方便，可随激光头做任意方向的运动。
[0013]图1为本实用新型的整体结构示意图；[0014]图2为本实用新型的整体剖视图；[0015]图3为本实用新型激光头的结构示意图；[0016]图4为本实用新型气体保护装置的剖视图；[0017]图5为本实用新型气体保护装置的爆炸分解图；[0018]图6为本实用新型喷嘴的结构示意图；[0019]图7为本实用新型下气帘室的结构示意图；[0020]图8为本实用新型上气帘室的结构示意图；[0021]图9为本实用新型密封圈的结构示意图；[0022]图10为本实用新型焦距调节件的结构示意图；[0023]图11为本实用新型喷嘴气流分束器、气帘气流分束器固定在固定圈上的结构示意图。[0024]附图标记说明激光头1，激光束通道1-1，气帘室2，气帘室通道2-1，环形内腔
2-2，气帘室进气口 2-3，气帘室出气口 2-4，喷嘴3，喷嘴通道3_1，喷嘴进气口 3_2，喷嘴出气口 3-3，喷嘴气流分束器4，上喷嘴气流分束器4-1，下喷嘴气流分束器4-2，喷嘴气流分束器进气口 4-3，喷嘴气流分束器出气口 4-4，喷嘴气流分束器内腔4-5，气帘气流分束器5，上气帘气流分束器5-1，下气帘气流分束器5-2，气帘气流分束器进气口 5-3，气帘气流分束器出气口 5-4，气帘气流分束器内腔5-5，导管6，焦距调节件7，上气帘室8，下气帘室9，固定圈
410，紧固件11，密封圈12，固定螺丝13。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明参照附图这种同轴吹气式气体保护装置，包括激光头1，激光头1内设有激光束通道1-1，激光头1底端连接有气帘室2，气帘室2包括相互螺纹连接的上气帘室8、下气帘室9，上气帘室8、下气帘室9之间设有密封圈12。气帘室2的底端连接有喷嘴3，气帘室2、 喷嘴3的中间均设有与激光束通道1-1相对应的气帘室通道2-1、喷嘴通道3-1，其中喷嘴通道3-1自上而下逐渐变小；气帘室2内设有密封的环形内腔2-2，该环形内腔2-2的外壁设有气帘室进气口 2-3，环形内腔2-2的内壁设有一组均勻分布并通向气帘室通道2-1的气帘室出气口 2-4 ；喷嘴3外壁上设有喷嘴进气口 3-2，喷嘴3底部设有喷嘴出气口 3-3 ；所述喷嘴进气口 3-2通过导管6连接在喷嘴气流分束器4的喷嘴气流分束器出气口 4-4上， 所述气帘室进气口 2-3通过导管4连接在气帘气流分束器5的气帘气流分束器出气口 5-4 上。气帘室2与激光头1之间设有与其相对应的焦距调节件7，该焦距调节件7的两端分别螺纹连接在气帘室2、激光头1上。喷嘴气流分束器4包括上喷嘴气流分束器4-1、下喷嘴气流分束器4-2，上喷嘴气流分束器4-1与下喷嘴气流分束器4-2螺纹连接并形成密封的喷嘴气流分束器内腔4-5，下喷嘴气流分束器4-2的底端设有一个喷嘴气流分束器进气口 4-3和一组喷嘴气流分束器出气口 4-4。气帘气流分束器5包括上气帘气流分束器5-1、 下气帘气流分束器5-2，上气帘气流分束器5-1与下气帘气流分束器5-2螺纹连接并形成密封的气帘气流分束器内腔5-5，下气帘气流分束器5-2的底端设有一个气帘气流分束器进气口 5-3和一组气帘气流分束器出气口 5-4。喷嘴气流分束器4、气帘气流分束器5固定连接在一固定圈10上，该固定圈10套接在激光头1外，并通过一紧固件11固定在激光头 1外。在实际使用时，激光头1通过固定螺丝13与机床安装在一起。激光束沿着激光束通道1-1辐射到工件表面，当辐照区温度比较高时，会在工件表面形成熔池。本结构中的气体采用氮气或氦气等惰性气体为保护气体。实际使用时，需要两只装有上述气体的高压气瓶。图1中，高压惰性气体流沿着导管4从喷嘴气流分束器进气口 3-2和气帘气流分束器进气口 5-3进入。高压气流在气流分束后，由一束气流各分为四束， 分别从喷嘴气流分束器出气口 3-3和气帘气流分束器出气口 2-4喷出。在实际使用中，喷嘴气流分束器出气口 4-4与喷嘴进气口 3-2通过导管4相连接。 同时，气帘气流分束器出气口 5-4与气帘室进气口 2-3通过导管4相连接。从气帘气流分束器出气口 5-4喷出的四束气流沿着导管4从气帘室进气口 2-3进入环形内腔2-2。从气帘室进气口 2-3进入的四束气流在环形内腔2-2汇集后，从气帘室出气口 2-4喷出。气帘室出气口 2-4总共有六个，沿圆周方向均勻分布。高压气流从气帘室出气口 2-4喷出后，互相碰撞，形成一气帘，阻止外部空气从气帘室通道2-1进入，但不影响激光束通过。从喷嘴气流分束器出气口 4-4喷出的四束气流沿着导管4从喷嘴进气口 3-2进入喷嘴3，随后从，喷嘴出气口 3-3喷出，后四束气流在喷嘴3下方汇聚，呈倒锥形从喷嘴出气口 3-3喷出。通过旋转焦距调节件7及气帘室2上部螺纹，可调节整个气体保护装置的高度，使从喷嘴出气口 3-3喷出的惰性气体流正好完全笼罩激光熔池，从而隔离空气，防止金属氧化、烧损。 虽然本实用新型已通过参考优选的实施例进行了图示和描述，但是，本专业普通技术人员应当了解，在权利要求书的范围内，可作形式和细节上的各种各样变化。
权利要求1.一种同轴吹气式气体保护装置，包括激光头(1)，激光头(1)内设有激光束通道 (1-1)，其特征是所述激光头(1)底端连接有气帘室(2)，气帘室(2)的底端连接有喷嘴(3)，气帘室(2)、喷嘴(3)的中间均设有与激光束通道(1-1)相对应的气帘室通道(2-1)、喷嘴通道(3-1)，其中喷嘴通道(3-1)自上而下逐渐变小；气帘室(2)内设有密封的环形内腔 (2-2)，该环形内腔(2-2)的外壁设有气帘室进气口(2-3)，环形内腔(2-2)的内壁设有一组均勻分布并通向气帘室通道(2-1)的气帘室出气口(2-4);喷嘴(3)外壁上设有喷嘴进气口 (3-2 )，喷嘴(3 )底部设有喷嘴出气口( 3-3 )；所述喷嘴进气口( 3-2 )通过导管(6 )连接在喷嘴气流分束器(4)的喷嘴气流分束器出气口(4-4)上，所述气帘室进气口(2-3)通过导管(4)连接在气帘气流分束器(5)的气帘气流分束器出气口(5-4)上。
2.根据权利要求1所述的同轴吹气式气体保护装置，其特征是所述气帘室(2)包括相互螺纹连接的上气帘室(8)、下气帘室(9)，上气帘室(8)、下气帘室(9)之间设有密封圈 (12)。
3.根据权利要求2所述的同轴吹气式气体保护装置，其特征是所述气帘室(2)与激光头(1)之间设有与其相对应的焦距调节件(7)，该焦距调节件(7)的两端分别螺纹连接在气帘室(2)、激光头(1)上。
4.根据权利要求1所述的同轴吹气式气体保护装置，其特征是所述喷嘴气流分束器(4)包括上喷嘴气流分束器(4-1)、下喷嘴气流分束器(4-2)，上喷嘴气流分束器(4-1)与下喷嘴气流分束器(4-2)螺纹连接并形成密封的喷嘴气流分束器内腔(4-5)，下喷嘴气流分束器(4-2)的底端设有一个喷嘴气流分束器进气口(4-3)和一组喷嘴气流分束器出气口 (4-4)。
5.根据权利要求1所述的同轴吹气式气体保护装置，其特征是所述气帘气流分束器(5)包括上气帘气流分束器(5-1)、下气帘气流分束器(5-2)，上气帘气流分束器(5-1)与下气帘气流分束器(5-2)螺纹连接并形成密封的气帘气流分束器内腔(5-5)，下气帘气流分束器(5-2)的底端设有一个气帘气流分束器进气口(5-3)和一组气帘气流分束器出气口 (5-4)。
6.根据权利要求4或5所述的同轴吹气式气体保护装置，其特征是所述喷嘴气流分束器(4)、气帘气流分束器(5)固定连接在一固定圈(10)上，该固定圈(10)套接在激光头 (1)外，并通过一紧固件(11)固定在激光头(1)外。
专利摘要一种同轴吹气式气体保护装置，包括激光头，激光头内设有激光束通道，激光头底端连接有气帘室，气帘室的底端连接有喷嘴，气帘室、喷嘴的中间均设有与激光束通道相对应的气帘室通道、喷嘴通道，其中喷嘴通道自上而下逐渐变小；气帘室内设有密封的环形内腔，该环形内腔的外壁设有气帘室进气口，环形内腔的内壁设有一组均匀分布并通向气帘室通道的气帘室出气口；喷嘴外壁上设有喷嘴进气口，喷嘴底部设有喷嘴出气口。本实用新型能避免激光强化时熔池或辐照区与空气接触，有效防止金属及非金属元素的氧化、烧损，采用的同轴吹气装置结构简单，安装方便，可随激光头做任意方向的运动。
文档编号C21D1/74GK202099345SQ20112019697
公开日2012年1月4日 申请日期2011年6月13日 优先权日2011年6月13日
发明者张伟 申请人:浙江机电职业技术学院