一种熔池气氛保护装置的制作方法

本实用新型属于激光熔覆加工领域，尤其涉及一种熔池气氛保护装置。

背景技术：

激光熔覆送粉的原理为送粉气进入送粉桶后将金属粉末送至送粉喷嘴，然后随机进入送粉口，经一定角度后形成锥形，进入工件表面，激光透过锥形粉末，激光聚焦点将工件表面瞬间熔化形成熔池，粉末进入熔池后熔化凝固成型。由于送粉喷嘴需要一定的距离聚焦，同时为了防止激光反射将喷嘴熔化，在激光熔覆过程中，需要将喷嘴远离工件表面一定距离，这个间距就导致了氧气涌入喷嘴附近，造成熔覆层氧化。虽然喷嘴提供的惰性保护气体能一定程度的防止熔覆层氧化，但是对于如钛合金这类极易被氧化的金属粉末进行熔覆时，保护效果不理想。

目前，针对熔池气氛保护的方法主要有两种，第一种是惰性气体喷嘴法，通过喷嘴出口直接将惰性保护气体吹向熔池，并人工加大惰性保护气体的气流量，将熔池上方的氧气尽量排除。惰性气体喷嘴法具有以下缺点：人工因素过大，由于人工加大气流量受工作者经验影响过大，常常很难控制气流量；工艺不稳定，受角度影响过大，如喷嘴倾斜时，气流量的冲击会导致熔池因重力移位更严重；影响熔池质量，直接将惰性保护气体吹向熔池，极易导致熔池产生液体翻滚现象，凝固成型后表面不平整，从而影响熔覆效果和工艺精度，且气流量越大，负面影响越严重。

另一种方法是在特定环境箱法，在环境箱内提供低氧低水分氛围，防止熔覆层氧化。采用特定环境箱法具有以下缺点：成本昂贵，环境箱需要专业的厂家定制，耗费大量成本；耗时太长，每次熔覆前，需要多次对环境箱进行抽氧抽水分工作，达到理想气氛条件需要耗费大量时间；气体浪费，每次完成熔覆后，可能需要开箱，会导致之前的惰性气体全部浪费；不易实时观察，环境箱必须完全密封，对工件位置的移动、工件修复时熔池的观测、熔覆效果的观察、对工件熔覆后尺寸的测量等均带来非常大的麻烦。

综上所述，现有技术中的熔池气氛保护方法中，惰性气体喷嘴法，依赖人工经验，工艺质量较低；特定环境箱法，结构复杂、成本高昂。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种熔池气氛保护装置，以解决现有技术中熔池气氛保护装置结构复杂、成本高昂的问题，提高了熔池气氛保护的工艺质量。

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种熔池气氛保护装置，用于与激光发射头连接，所述熔池气氛保护装置内部中空，包括第一内腔、第二内腔、第三内腔和用于排出气体的出气口，所述第二内腔的两端分别与所述第一内腔和所述第三内腔相连通，所述第三内腔远离所述第二内腔的一端与所述出气口连接，所述第一内腔用于与所述激光发射头连接，所述第二内腔上开设有至少两个贯穿所述第二内腔壁的进气口。

进一步的，所述至少两个进气口均匀分布在所述第二内腔上。

进一步的，还包括用于缓冲气体的缓冲体，所述缓冲体与所述第二内腔和所述第三内腔围成的腔体相匹配，所述缓冲体置于所述第二内腔和所述第三内腔中，所述缓冲体开设有用于通过激光的通光孔。

进一步的，所述第一内腔具有至少两个紧固孔，所述紧固孔均匀分布在所述第一内腔上，每个所述紧固孔内设有螺纹，每个所述紧固孔还包括与所述螺纹相匹配且用于调整所述第一内腔位置的螺栓。

进一步的，还包括密封圈，所述第一内腔和所述第二内腔为圆柱形，所述第一内腔的内径为r₁，所述第二内腔的内径为r₂，r₁＞r₂，所述密封圈为“圆环”状结构，所述密封圈的外径大小为r₄、内径为r₃，r₄＝r₁，r₃＜r₂，所述密封圈置于所述第二内腔靠近所述第一内腔的一端。

进一步的，所述进气口与所述第二内腔和所述第三内腔的分界面之间的距离为h₁，所述第一内腔和所述第二内腔的分界面与所述第二内腔和所述第三内腔分界面之间的距离为h₂，h₂＝2h₁。

进一步的，所述第三内腔为“圆台”状结构，其内径沿远离所述第二内腔的方向逐渐减小，所述第三内腔的最大内径为r₅，最小内径为r₆，r₅＝r₂，r₅≥2r₆。

进一步的，所述出气口的内径为r₇，r₇＜r₆。

进一步的，所述缓冲体为泡沫金属、金属棉或铁丝球。

进一步的，所述第三内腔“圆台”形结构的母线与轴线方向的夹角为26±1°。

与现有技术相比，本实用新型公开的一种熔池气氛保护装置，具有以下有益效果：

1、结构简单、加工难度较低。

2、与现有的激光发射头相配合使用，提高了激光熔覆的工艺质量。

附图说明

图1为本实用新型公开的一种熔池气氛保护装置的结构示意图；

图2为本实用新型公开的一种熔池气氛保护装置的缓冲体结构示意图。

其中，1-第一内腔，11-紧固孔，2-第二内腔，21-进气口，22-密封圈，3-第三内腔，4-出气口，5-缓冲体，51-通光孔。

具体实施方式

下面将结合示意图对本实用新型的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

请参阅图1，图1为本实用新型提供的一种熔池气氛保护装置的结构示意图，其内部中空，包括第一内腔1、第二内腔2、第三内腔3和用于排出气体的出气口4，第二内腔2的两端分别与第一内腔1和第三内腔3相连通，第三内腔3远离第二内腔2的一端与出气口4连接，第一内腔1用于与激光发射头连接，第二内腔2上开设有至少两个贯穿第二内腔2壁的进气口21，采用此设计，在熔池上方营造了一个充满保护气体的气氛，以隔绝空气，进而防止空气中的氧气在激光熔覆过程中出现氧化熔池的现象，提高了工艺质量。

优选地，至少两个进气口21均匀分布在第二内腔2上。采用此设计，一方面,多进气口的方式能够提供更多的保护气体，保护气体排出氧气的效率更高了；另一方面，采用进气口21均匀排布的方式避免保护气体气流方向单一，防止在装置内部产生气流的“涡流”现象，减少引发氧气的残余。

优选地，还包括用于缓冲气体的缓冲体5，缓冲体5与第二内腔2和第三内腔3围成的腔体相匹配，缓冲体5置于第二内腔2和第三内腔3中，缓冲体5具有用于激光发射头发射激光通过的通光孔51，其内部结构为“丝”状，用以疏导保护气体的气流，改变保护气体气流方向，其外部结构请参考图2。采用此设计，来自进气口21的保护气体经过所述缓冲体5气流方向发生改变，进而形成气流的“紊流”现象，此时保护气体的气流方向呈现出不定向，不仅更利于排出装置内部的空气，使保护气体充满装置内部；而且降低了保护气体的流速，进而减少了进气口21的保护气体流量，节约了资源。

优选地，第一内腔1具有至少两个紧固孔11，紧固孔11均匀分布在第一内腔1上，每个紧固孔11内设有螺纹，每个紧固孔11还包括与螺纹相匹配且用于调整第一内腔1位置的螺栓，采用此设计，使第一内腔1更加稳固地配合激光发射头，当激光发射头与本熔池气氛保护装置连接完毕时，可通过调整所述螺栓在紧固孔11内的进给量来调整激光发射头和本熔池气氛保护装置的同轴度，保障了激光发射头发射激光的精确度。

优选地，还包括密封圈22，第一内腔1和第二内腔2为圆柱形，第一内腔1的内径为r₁，第二内腔2的内径为r₂，r₁＞r₂，密封圈22为“圆环”状结构，密封圈22的外径大小为r₄、内径为r₃，r₄＝r₁，r₃＜r₂，密封圈22置于第二内腔2靠近第一内腔1的一端，密封圈22由天然橡胶、聚氨酯、热性塑料等弹性材料制成，优选天然橡胶。采用此设计，当激光发射头与第一内腔1连接时，激光发射头紧密贴合在密封圈，防止了保护气体通过第一内腔1向外泄漏，同时防止空气通过第一内腔1涌入第二内腔2和第三内腔3而引起的熔池氧化。

优选地，进气口21与第二内腔2和第三内腔3的分界面之间的距离为h₁，第一内腔1和第二内腔2的分界面与第二内腔2和第三内腔的3分界面之间的距离为h₂，h₂＝2h₁。采用此设计，更利于保障第二内腔2内保护气体气压的稳定。

优选地，第三内腔3为“圆台”状结构，第三内腔3在垂直于水平面的截面为“梯形”，其内径沿远离第二内腔2的方向逐渐减小，第三内腔3的最大内径为r₅，最小内径为r₆，r₅＝r₂，r₅≥2r₆。采用此设计，一方面更利于保护气体将空气排出去，另一方面防止本装置外部的空气进入装置内。

优选地，出气口4的内径为r₇，r₇＜r₆，采用此设计，一方面防止空气进入，另一方面更加有利于和激光熔覆粉末形状相配合。

优选地，缓冲体5为泡沫金属、金属棉或铁丝球，采用此设计，缓冲体5更加有利于疏导来自进气口21的保护气体流向，而且成本成本低廉。

优选地，第三内腔3“圆台”形结构的母线与轴线方向的夹角为26±1°。采用此设计，更好地与激光发射头形状相匹配。

综上，在本实用新型实施例提供的熔池气氛保护装置中，包括第一内腔、第二内腔、第三内腔和进气口，通过设计用于连通保护气体的进气口来排出腔体内的氧气和在第二内腔及第三内腔内安置用于疏导保护气体气流的缓冲体，有效防止了激光发射头和熔池暴露在氧气中遭受氧化的现象发生，解决了现有熔池气氛保护技术中依赖人工经验、结构复杂以及成本高昂的问题，达到了经济、实用的目的。

上述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不对本实用新型起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型的技术方案的范围内，对本实用新型揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本实用新型的技术方案的内容，仍属于本实用新型的保护范围之内。