一种用于激光熔覆喷头的多级带肋通道水冷装置的制作方法

本发明涉及激光熔覆喷头水冷装置，具体地说，涉及一种用于激光熔覆喷头的多级带肋通道水冷装置；属于激光熔覆技术与高温部件冷却领域。

背景技术：

激光熔覆即高能激光表面熔覆，其物理过程为，在高能激光光束的照射下，基材表面被迅速熔化，液态的金属形成一个小规模的熔池，在熔池中，原本的金属材料与被添加的粉末相互混合，形成一层新的液态金属层，待激光光束经过后，熔池的温度降低，液态金属迅速冷却，在金属表面形成新的固态熔覆层。在熔覆加工过程中，激光熔覆喷头底部与熔池相距很近，激光熔覆喷头要承受来自激光反射以及熔池热辐射所带来的较高的热量，随着喷头的长时间连续性工作，热量不断累积，最终导致烧损激光熔覆喷头。所以，为防止在连续加工作业中激光熔覆喷头被烧损，需对激光熔覆喷头强制冷却。

在专利CN2707773中公开了一种“孔式同轴激光熔覆喷嘴”，该激光熔覆喷嘴采用三个或六个小孔作为送粉通道，实现了同轴和粉末聚焦与激光聚焦重合，而且在大角度倾斜时，不会出现粉末偏聚现象，仍然能保证送出粉末的各向均匀；但其冷却效果是通过在激光束通道内壁上嵌入水冷套来实现的，由于受到加工方法的限制，需要先单独加工出水冷套，再通过焊接的方式与激光熔覆喷头装配在一起使用，其加工过程较为繁琐、冷却面积有限。

技术实现要素：

为了避免现有技术存在的不足，克服传统的激光熔覆喷头的冷却部件加工复杂，冷却面积有限及冷却效果差的缺陷，本发明提出一种用于激光熔覆喷头的多级带肋通道水冷装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括水冷锥套、出水口、进水口、送粉孔、激光孔、冷却通道、凸肋、连接通道、熔覆喷头、激光通道、送粉通道，其特征在于所述水冷锥套为圆环与圆锥一体结构的倒锥形体，水冷锥套上部分圆环内壁有螺纹，水冷锥套位于熔覆喷头下部，且与熔覆喷头螺纹连接，水冷锥套与熔覆喷头同轴，水冷锥套结构包覆熔覆喷头底部；

所述水冷锥套壁内设有多级冷却通道，环形冷却通道绕熔覆喷头轴向向上逐级增大，各级冷却通道之间分别通过连接通道串联连通，冷却通道内壁外侧面上与冷却通道内底面均匀分布有若干凸肋，用于强化换热冷却，水冷锥套底部中心开有激光孔，沿激光孔周向均匀分布有送粉孔，激光孔与熔覆喷头内激光通道对应相通，且激光孔直径大于激光通道端口直径，送粉孔与熔覆喷头的送粉通道对应相通，且送粉孔直径大于送粉通道直径，水冷锥套侧壁上开有出水口和进水口分别与冷却通道上端口和下端口相连通，水冷锥套的出水口和进水口分别与外设冷却系统连接。

所述凸肋为圆弧柱形结构；凸肋沿冷却通道内壁外侧面上与冷却通道内底面等间距分布。

所述冷却通道截面为方形。

所述冷却通道的中心轴线与激光通道的中心轴线相重合。

所述水冷锥套的送粉孔为多个，且与熔覆喷头的送粉通道数量相同。

所述熔覆喷头为锥形体，内腔为激光通道且与熔覆喷头同轴，熔覆喷头壁内设置等直径送粉通道，多个送粉通道沿熔覆喷头中轴线周向均匀分布，且送粉通道轴线的延长线汇聚于一点。

有益效果

本发明用于激光熔覆喷头的多级带肋通道水冷装置，由水冷锥套和熔覆喷头组成，水冷锥套位于熔覆喷头下部通过螺纹配合连接，水冷锥套内设置多级冷却通道，各级冷却通道按照均匀换热的要求设置在水冷锥套内，各级冷却通道绕熔覆喷头轴向向上逐级增大，每级冷却通道之间连接相通，冷却通道内壁外侧面上与冷却通道底面均匀分布有凸肋结构，用于高温区域进行强化换热冷却，效果好。

本发明用于激光熔覆喷头的多级带肋通道水冷装置，采用水冷锥套包覆熔覆喷头结构，且多级方形冷却通道环绕整个熔覆喷头，对于熔覆喷头高温区进行覆盖，实现散热冷却效果的提升；水冷锥套包覆熔覆喷头的底部，通过导热保护熔覆喷头，以及遮挡激光反射和熔池热辐射；方形水冷通道以及凸肋结构对熔覆喷头的温度散热、强化冷却，提升熔覆喷头的熔覆效果。增加熔覆喷头安全可靠性，同时可提高送粉喷头的工作时间，有效地避免由于熔覆喷头在高温影响下的变形而使粉末阻塞出粉口的现象。

本发明用于激光熔覆喷头的多级带肋通道水冷装置，具有结构简单，安装拆卸便捷的特点；适用于激光熔覆、激光三维制造、材料合成、激光修复、激光加工多领域。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种用于激光熔覆喷头的多级带肋通道水冷装置作进一步详细说明。

图1为本发明用于激光熔覆喷头的多级带肋通道水冷装置轴测图。

图2为图1的A-A方向剖视图。

图3为本发明用于激光熔覆喷头的多级带肋通道水冷装置示意图。

图4为图3的B-B方向剖视图。

图5为图3的C-C方向剖视图。

图6为本发明的水冷锥套与熔覆喷头配合连接后示意图。

图7为本发明的水冷锥套与熔覆喷头配合连接后仰视图。

图8为图7的D-D方向剖视图。

图中:

1.出水口 2.进水口 3.送粉孔 4.激光孔 5.冷却通道 6.凸肋 7.送粉通道8.水冷锥套 9.熔覆喷头 10.激光通道 11.连接通道

具体实施方式

本实施例是一种用于激光熔覆喷头的多级带肋通道水冷装置。

参阅图1～图8，本实施例用于激光熔覆喷头的多级带肋通道水冷装置，由水冷锥套8和熔覆喷头9组成，其中，水冷锥套8包括出水口1、进水口2、送粉孔3、激光孔4、冷却通道5、凸肋6、连接通道11；熔覆喷头9包括送粉通道7、激光通道10；水冷锥套8为圆环与圆锥一体结构的倒锥形体，水冷锥套8上部分圆环内壁加工有螺纹，水冷锥套8位于熔覆喷头9下部与熔覆喷头同轴安装，水冷锥套8结构包覆熔覆喷头9底部；水冷锥套8与熔覆喷头9通过螺纹配合连接，安装拆卸方便。其中，水冷锥套8壁内设置有多级截面为方形的冷却通道5，冷却通道5中轴线与熔覆喷头9中轴线重合。环形冷却通道5绕熔覆喷头轴向向上逐级增大，每级冷却通道5之间通过连接通道11串联连接相通。冷却通道5内壁外侧面上与冷却通道5内底面均匀分布有若干凸肋6，用于强化换热冷却；凸肋为圆弧柱形结构；凸肋沿冷却通道5内壁外侧面上与冷却通道5内底面等间距分布。冷却通道5的级数、截面尺寸以及凸肋6的尺寸设置,均需根据熔覆喷头9的实际尺寸、厚度及换热冷却需求制定。冷却通道5底部中心开有激光孔4，沿激光孔4周向均匀分布有送粉孔3，激光孔4与熔覆喷头内激光通道10对应相通，且激光孔4直径大于激光通道端口直径；送粉孔3与熔覆喷头的送粉通道7对应相通，且送粉孔3直径大于送粉通道7直径，保证送粉通道7和激光通道10的畅通。本实施例中,水冷锥套的送粉孔3为三个等直径通孔，水冷锥套的送粉孔3的数量与熔覆喷头的送粉通道7的数量相同。

本实施例中,水冷锥套8侧壁上加工有出水口1和进水口2分别与冷却通道5上端口和冷却通道5下端口相连通，水冷锥套8的出水口1和进水口2分别与外设冷却系统连接。工作时，外部的冷却系统将冷却水由水冷锥套8下端的进水口2进入冷却通道5，冷却水环绕整个熔覆喷头9后，冷却系统再将冷却水从水冷锥套8上端的出水口1抽出，并通过外部的冷却系统回收，实现对熔覆喷头9的冷却。冷却水在流过整个冷却通道5的同时，由于冷却通道5内壁上的凸肋6的作用，有效地强化冷却效果。水冷锥套8结构包覆熔覆喷头9的底部，通过导热对熔覆喷头9进行保护，同时具有遮挡来自激光反射,以及熔池热辐射所带来的较高的热量的作用。冷却通道5以及凸肋6结构，使熔覆喷头9的温度分布散热、强化冷却，提升熔覆喷头9熔覆效果。

本实施例中，熔覆喷头9为倒锥形，上部分为台阶圆柱体、下部分为锥形体结构，内腔为激光通道10且与熔覆喷头9同轴，激光通道10为台阶圆锥孔。熔覆喷头9体内设置有等直径送粉通道7，三个送粉通道7以熔覆喷头9中轴线周向均匀分布，且三个送粉通道7的轴线的延长线汇聚于一点，实现三孔同轴送粉。

在熔覆喷头9工作之前，将带有冷却通道5的水冷锥套8与熔覆喷头9装配连接。由于水冷锥套8结构为单一整体部件，不会出现因装配不当影响冷却效果，或发生漏水现象。装配完成后，水冷锥套8结构完全包覆熔覆喷头9，水冷锥套8底部加工有激光孔4和送粉孔3分别与熔覆喷头9的激光通道10和送粉通道7相对应，且激光孔4和送粉孔3的直径大于激光通道端口直径和送粉通道7的直径；保证送粉通道7与激光通道10的畅通。

当熔覆喷头9工作时，外部的冷却系统将冷却水由下端的进水口2送入冷却通道5，环绕整个熔覆喷头9后，冷却系统再将冷却水从上端的出水口1抽出，并通过外部的冷却系统回收。在经过整个冷却通道5的同时，通过凸肋6的作用，加强冷却效果。水冷锥套8结构完全包覆熔覆喷头9的底部，通过导热及遮挡，保护受热辐射影响最大的熔覆喷头下缘。