一种激光熔覆用无级调节送粉头的制作方法

本发明涉及特种加工领域，具体地是指一种激光熔覆用无级调节送粉头。

背景技术：

激光熔覆技术一般指用不同的熔覆材料，通过激光高温熔融与工件表面发生冶金结合粘结在工件表面，形成一层特定的熔覆层，从而来显著提高工件的耐腐蚀、耐磨、耐热、抗氧化性等的一种特种加工手段。激光熔覆过程中主要的三大工艺参数就是送粉率f、激光功率p和扫描速度v。目前，激光熔覆过程中主要靠调节送气量来改变送粉率大小，而送粉头本身并不具备调节送粉率功能。但由于送气速率一般较快、调节幅度大、熔覆粉末粒度和密度不同等因素，导致了实际送粉率与预计送粉率有很大差距，误差偏大。采用此种送粉方式激光熔覆后，熔覆层效果往往较差，无法达到预期性能；在同一实验下，若要进行不同送粉率的对照实验时，还需重新调整送气装置改变其送气量，操作较为繁琐和复杂，给原本误差较大的送粉率又添加了众多不确定因素；此外，熔覆系统往往单独建立在隔离间来实现防尘污染，这些都会造成生产时间、劳动成本的急剧上升和激光熔覆质量不稳定等后果。

技术实现要素：

本发明针对以上技术的不足，提供了一种激光熔覆用无级调节送粉头，其优点主要有以下四点：第一，在激光熔覆过程中，确定送气装置送气量的前提下进一步精确无级调节，获得所需送粉率；第二，在同一试验下，若要进行不同送粉率的对照实验时，无需重新调整送气装置改变其送气量，只需通过蝶形螺钉调节，改变喷嘴一截面积，便可快速实现所需送粉率，获得高质量的熔覆层，第三，工件在不同位置所需性能不同，熔覆参数也各不同，本发明在蝶形螺钉调节前后，熔覆粉末到达工件的宽度一致，即熔池宽度一致，为后续的多道搭接(但每道的送粉率不同)提供了可行性；第四，非工作状态，隔板在重力作用下自然关闭，起到了防尘保护送气头作用。

本发明的一种新型无级调节激光送粉头，由上壁、下壁、蝶形螺钉、铰链和隔板组成；隔板通过铰链与进粉口内壁上边缘连接，将喷嘴分割成一个截面为梯形的独立腔体一和一个截面为三角形的独立腔体二，两个独立腔体的末端形成喷粉嘴一和喷粉嘴二；喷粉嘴二在实际工作时并不能喷出粉末；由载气输送的熔覆粉末通过独立腔体一，在激光束的辐照后到达工件表面；通过螺纹连接垂直安装在上壁中心位置的蝶形螺钉无级调节后，喷头出粉口宽度d3未变仅高度d4发生改变，喷出的粉末到达工件时形成的熔池宽度也不变，即调节前后覆盖区域宽度一致，进给方向长度会根据隔板的调节而改变，但可通过工件进给来弥补；激光束的截面形状为矩形，激光束的宽度与粉末到达工件表面的宽度重合；激光束先作用在喷粉嘴一喷出的粉末上，然后作用在工件的表面。

所述的独立腔体一内的送风压力为0.05-0.15mpa。

本发明的原理为：通过旋钮蝶形螺钉，可无级精确调节隔板位置，进而改变喷嘴一的截面面积，由于气压不变，进而单位时间通过截面的送粉量发生了变化，最终获得所需的熔覆送粉率。蝶形螺钉通过螺纹孔与上壁相连，故不存在级数，可进行无级调节，使得实际送粉率与理论所需送粉率相一致。

实施本发明的有益效果为：采用本发明的送粉头，可以在大致确定载气送气量的情况下，进一步精确调节，减小误差，使得实际送粉率与理论所需送粉率基本一致；此外，在同一试验下，若要进行不同送粉率的对照实验时，无需重新调整送气装置改变其送气量，只需通过调节蝶形螺钉，改变喷粉嘴一横截面积，便可快速实现送粉率的改变，操作简便、实用性较强，大大减少生产时间、劳动成本并极大改善激光熔覆质量的不稳定等后果。激光束的截面形状为矩形，与喷在工件表面的粉末宽度一致，可以提高激光束的利用率；喷粉嘴一喷出的粉末在蝶形螺钉调节前后，粉末到达工件表面的宽度是一致的，即熔池宽度相同，为后阶段多道搭接(但每道的送粉率不同)提供了可行性。最后，在非工作状态，隔板在重力的作用下关闭喷粉口一，起到防尘保护送粉头，大大提高了熔覆系统的环境适应性。本发明的新式无级调剂送粉头最终可以获得成分均匀可控、性能优越的熔覆层。

附图说明

图1：送粉头剖视图

图中包括，1-1上壁、1-2下壁、2蝶形螺钉、3独立腔体二、4激光束、5喷粉嘴二、6喷粉嘴一、7工件、8铰链、9隔板、10独立腔体一；2蝶形螺钉垂直安装在距入粉口d1的位置，d1为上壁长度值的一半；d2为1-1上壁的厚度，

图2：喷嘴口视图

图中包括：d3喷嘴口宽度、d4喷嘴口实际高度、2x喷嘴口调整高度，

图3：蝶形螺钉示意图

图中包括：1-10为蝶形螺钉进给刻度，单位mm；d2为上壁厚度，确保蝶形螺钉的刻度进给与隔板转动的一致性。

具体实施方式

为了详细描述本发明的实施细节，下面结合附图对本发明的一种激光熔覆用无级调节送粉头进行仔细阐述。

本发明的一种激光熔覆用无级调节送粉头，由上壁1-1、下壁1-2、蝶形螺钉2、铰链8和隔板9组成。蝶形螺钉2设定螺距为0.5mm，每隔两个螺距做标记xmm,通过拧蝶形螺钉2的尾部，可使蝶形螺钉2沿自身轴线方向旋转运动，当受到轴向力作用时，其保持自锁状态；隔板9通过铰链8在进粉口内壁上边缘连接，将喷头腔分割成一个截面为梯形的独立腔体一10和一个截面为三角形的独立腔体二3，两个独立腔体的末端形成喷粉嘴一6和喷粉嘴二5；喷粉嘴二5在实际工作时并不能喷出粉末；由载气输送的熔覆粉末通过独立腔体一10，在激光束4的辐照后到达工件7表面；通过螺纹连接垂直安装在上壁1-1中心位置的蝶形螺钉2无级调节后，喷头出粉口宽度d3未变仅高度d4发生改变，喷出的粉末到达工件7时形成的熔池宽度也不变，即调节前后覆盖区域宽度一致，进给方向长度会因隔板的调节而改变，但可通过工件进给来弥补；激光束4的截面形状为矩形，激光束的宽度与粉末到达工件表面的宽度重合；激光束4先作用在喷粉嘴一6喷出的粉末上，然后作用在工件7的表面。

实施实例一：

在in718合金表面采用激光3d打印功能材料制件，熔覆粉末同样采用in718。采用1800w连续光纤激光器，激光束光斑为4mm×2mm，采用多道搭接方式熔覆，搭接率为50％。熔覆第一道时，未调节蝶形螺钉，出粉口尺寸为1cm×1cm，送粉速度为0.4cm³/min，扫描10cm；扫描第二道时，将蝶形螺钉顺时针旋转4圈，即蝶形螺钉刻度指到为2时停止，此时出粉口有效高度下降4mm，送粉速度为0.24cm³/min，扫描10cm；扫描第三道时，将蝶形螺钉逆时针旋转2圈，即蝶形螺钉刻度指到1时停止，此时出粉口有效高度较第二次扫描时上升2mm，送粉速度为0.32cm³/min，扫描10cm。通过旋转蝶形螺钉，调节出粉口实际有效高度，从而有效控制了出粉量，实现了区域性能的调控。

技术特征：

技术总结
本发明涉及特种加工领域，具体地是指一种激光熔覆用无级调节送粉头。其包括隔板、蝶形螺钉、铰链和喷头腔组成；隔板将喷头腔分割成两个联动调节的独立腔体一和独立腔体二，两个独立腔体的下端缩减形成两个矩形喷粉嘴一和喷粉嘴二，但只有喷粉嘴一可实际喷出粉末；喷头腔通过载气送粉，于此同时，通过调节隔板的角度，改变喷粉嘴一的截面积，来实现送粉量的无级精确调节；喷粉嘴一喷出粉末后，经激光束辐射融化后冶金结合在工件上表层，且喷出的粉末熔覆到金属表面时形成的熔池宽度不受隔板的调节变化。激光束的截面形状为矩形，激光束的宽度与粉末到达工件表面的宽度完全重合；激光束先作用在喷粉嘴一喷出的粉末上，然后作用在工件的表面。

技术研发人员：戴峰泽;霍坤;周建忠
受保护的技术使用者：江苏大学
技术研发日：2019.04.28
技术公布日：2019.08.09