一种用于激光熔覆的粉末磁阻尼减速装置及制造方法

1.本发明涉及激光熔覆技术领域，尤其涉及一种用于激光熔覆的粉末磁阻尼减速装置及制造方法。


背景技术：

2.激光熔覆是一种新型表面改性技术，在激光扫描合金表面的同时，向激光熔池内送粉，利用激光的能量将金属粉末和一部分基体熔合，在基体表面产生新的合金涂层，可以明显改善基层表面的耐磨损、耐腐蚀、耐热和抗氧化性等，从而达到表面改性或修复的目的，既满足了对材料表面特定性能的要求，又节约了大量的贵重元素。
3.在成形过程中粉末颗粒要进入熔池后并被熔池捕捉才能实现增材。粉末颗粒尺寸越小，运动速度越慢，就越容易被熔池捕捉。然而，粉末运动速度慢，就需要载粉气的速度小，但是这会影响送粉效率；若载粉气的速度较大，粉末运动速度快，颗粒较大的粉末就容易从熔池中反弹出来，特别是在熔池较浅的区域，反弹的粉末一方面会在沉积层表面产生粘粉现象影响熔覆层形貌，另一方面还可能会反溅到激光熔覆喷嘴口处，甚至造成堵粉，从而影响正常工作。因此，当粉末从出口以每秒几米的速度出来后，再通过减速装置减速，可以将粉末更好地沉积在熔池里，并且提高粉末利用率。
4.减速装置以电磁阻尼为原理，闭合导体与磁极发生切割磁感线的运动时，由于闭合导体所穿透的磁通量发生变化，闭合导体会产生感应电流，或者叫动生电流。这一电流所产生的磁场会阻碍两者的相对运动。电磁阻尼已经有相当广泛的应用，比如在电学测量仪表、电气机车中的电磁制动器等。但是目前，电磁阻尼尚未应用在激光熔覆的送粉领域。


技术实现要素：

5.为克服上述问题，本发明提供一种用于激光熔覆的粉末磁阻尼减速装置及制造方法。
6.本发明的第一个方面提供一种用于激光熔覆的粉末磁阻尼减速装置，包括激光熔覆喷嘴，激光熔覆喷嘴的上端与激光头相连，所述激光熔覆喷嘴的下端设有与之配合的封套；
7.所述激光熔覆喷嘴内沿其中心轴方向设有上下贯通的激光束通道，激光束通道的上部内壁具有第一内螺纹，激光熔覆喷嘴通过第一内螺纹与激光头螺纹连接；所述激光束通道的周围环绕设置有多个粉路通道，粉路通道上下贯通激光熔覆喷嘴；
8.所述激光熔覆喷嘴的下表面且位于激光束通道的外围设有冷却水流环形槽，激光熔覆喷嘴的上表面开有冷却水进口和冷却水出口，冷却水流环形槽分别与冷却水进口和冷却水出口连通，冷却水进口、冷却水流环形槽、冷却水出口与外部水源形成水流回路；冷却水流环形槽的内侧铣出环形凹槽，冷却水流环形槽的外侧铣出圆柱面，环形凹槽靠近冷却水流环形槽的一侧槽壁和圆柱面上设有外螺纹；
9.所述激光熔覆喷嘴上还设有保护气通道和导线通道，保护气通道自激光熔覆喷嘴
的上表面斜向贯通至激光束通道，导线通道上下贯通激光熔覆喷嘴；
10.所述封套与冷却水流环形槽相对应的位置设有外侧环形槽，外侧环形槽的槽壁设有与外螺纹相配合的第二内螺纹；封套通过螺纹旋拧在激光熔覆喷嘴的下端，外侧环形槽与冷却水流环形槽形成密封的冷却水空间；封套上且位于外侧环形槽的内侧设有内侧环形槽，内侧环形槽内安装有导电线圈，导电线圈的导线穿过导线通道与外部电源电连接；内侧环形槽的内侧设有上下贯通的圆形通孔，圆形通孔与激光束通道和粉路通道连通。
11.进一步，所述粉路通道的数量为四个，粉路通道的上端具有粉末进口、下端具有粉末出口，粉末进口位于激光熔覆喷嘴的上表面，粉末出口位于激光熔覆喷嘴的下表面，粉末出口与封套的圆形通孔连通。
12.进一步，所述保护气通道倾斜通向激光束通道的中部，粉路通道倾斜通向圆形通孔。
13.本发明的第二个方面提供一种用于激光熔覆的粉末磁阻尼减速装置的制造方法，包括以下步骤：
14.步骤1，在激光熔覆喷嘴的中间形成一个激光主通道；在激光熔覆喷嘴的底部铣出一个环形槽，形成环形水槽；在环形水槽内侧铣出环形凹槽，在环形凹槽的外侧铣出圆柱面，在环形凹槽中靠近环形水槽的一侧槽壁和圆柱面上加工外螺纹；
15.步骤2，在激光熔覆喷嘴的顶面垂直向下打孔，形成三个通孔，通孔包括冷却水进口、冷却水出口和导线通道；冷却水进口、冷却水出口与环形水槽连通，导线通道贯穿至激光熔覆喷嘴底面；
16.步骤3，在激光熔覆喷嘴的顶面打有斜孔，斜孔包括粉路通道和保护气通道；粉路通道倾斜贯穿至激光熔覆喷嘴底面，保护气通道倾斜贯穿至激光束通道的中部；
17.步骤4，在封套中间形成一个圆形通孔，圆形通孔与激光束通道和粉路通道连通；在封套上与环形水槽相对应的位置加工外侧环形槽，外侧环形槽内加工内螺纹，在封套上且位于外侧环形槽的内侧加工内侧环形槽，内侧环形槽与导线通道连通。
18.本发明工作原理：由于在激光熔覆喷嘴下方的封套中安装有导电线圈，在给导电线圈通电后，导电线圈会产生一定强度的磁场，线圈平面内的磁场最强，两侧距离平面越远，强度越低，从而形成磁场强度梯度。粉末从上向下运动穿过磁场，磁通量发生变化。当粉末颗粒在受到载粉气的作用下，以每秒米级的速度从激光熔覆喷嘴的粉路通道出来后，再受到磁场的影响，由于粉末颗粒为导体，可以任意构成许许多多闭合的导体回路，因此当粉末颗粒在磁场中运动时，所有这些小的导体回路都在做切割磁场线运动，通过粉末的磁通量在发生变化，在回路中形成许多闭合的感应电流，也称为涡流，这些感应电流受到磁场作用的时候，即受到电磁阻尼的影响，使导体受到安培力，安培力总是会阻碍粉末颗粒在磁场中的运动，从而降低了粉末的运动速度。
19.本发明的有益效果是：让粉末通过线圈产生的非均匀磁场，使粉末受到电磁阻尼的影响，实现激光熔覆粉末沉积减速的效果。可以将粉末更好地沉积在熔池里，并且提高粉末利用率。
附图说明
20.图1为本发明的结构示意图；
21.图2为本发明的俯视示意图；
22.图3为本发明中保护气通道示意图；
23.图4为封套的结构示意图；
24.图5为粉末穿过导电线圈的磁场示意图。
具体实施方式
25.下面将结合附图对本发明专利的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
27.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
28.参照附图，本发明的第一个实施例提供一种用于激光熔覆的粉末磁阻尼减速装置，包括激光熔覆喷嘴1，激光熔覆喷嘴1的上端与激光头相连，所述激光熔覆喷嘴1的下端设有与之配合的封套5；
29.所述激光熔覆喷嘴1内沿其中心轴方向设有上下贯通的激光束通道7，激光束通道7的上部内壁具有第一内螺纹，激光熔覆喷嘴1通过第一内螺纹与激光头螺纹连接；所述激光束通道7的周围环绕设置有四个粉路通道2，粉路通道2的上端具有粉末进口、下端具有粉末出口，粉末进口位于激光熔覆喷嘴1的上表面，粉末出口位于激光熔覆喷嘴1的下表面，粉末出口与封套5的圆形通孔15连通。
30.所述激光熔覆喷嘴1的下表面且位于激光束通道7的外围设有冷却水流环形槽3，激光熔覆喷嘴1的上表面开有冷却水进口91和冷却水出口92，冷却水流环形槽3分别与冷却水进口91和冷却水出口92连通，却水进口91、冷却水流环形槽3、冷却水出口92与外部水源形成水流回路；冷却水流环形槽3的内侧铣出环形凹槽12，冷却水流环形槽3的外侧铣出圆柱面11，环形凹槽12靠近冷却水流环形槽3的一侧槽壁和圆柱面11上设有外螺纹；
31.所述激光熔覆喷嘴1上还设有保护气通道8和导线通道10，保护气通道8自激光熔覆喷嘴1的上表面斜向贯通至激光束通道7中部，导线通道10上下贯通激光熔覆喷嘴1；
32.所述封套5与冷却水流环形槽3相对应的位置设有外侧环形槽13，外侧环形槽13的槽壁设有与外螺纹相配合的第二内螺纹；封套5通过螺纹旋拧在激光熔覆喷嘴1的下端，外侧环形槽13与冷却水流环形槽3形成密封的冷却水空间；封套(5)上且位于外侧环形槽13的内侧设有内侧环形槽14，内侧环形槽14内安装有导电线圈4，导电线圈4的导线6穿过导线通
道10与外部电源电连接；内侧环形槽14的内侧设有上下贯通的圆形通孔15，圆形通孔15与激光束通道7和粉路通道2连通，粉路通道2倾斜通向圆形通孔15。激光、保护气和粉末从圆形通孔15中穿过。
33.激光熔覆系统准备工作的时候，将激光熔覆喷嘴1的激光束通道7上端部分与激光头螺纹连接在一起，激光束穿过激光束通道7到达工件表面，加热粉末和熔化基板。保护气需要氩气或氮气等惰性气体从高压气瓶内通过导管通入保护气通道8；通过水冷机将水通入冷却水进口91；再将导线6接通外部电源，使导电线圈4通电，在给导电线圈4通电后，会产生一定强度的磁场。激光熔覆系统开始正常工作后，粉末颗粒在受到载粉气的作用下，以每秒米级的速度从激光熔覆喷嘴1的粉路2出来再受到磁场的影响，由于粉末颗粒为导体，可以任意构成许许多多闭合的导体回路，因此当粉末颗粒在磁场中运动时，所有这些小的导体回路都在做切割磁场线运动，通过粉末的磁通量在发生变化，在回路中形成许多闭合的感应电流，这些感应电流受到磁场作用的时候，即受到电磁阻尼的影响，使导体受到安培力，安培力总是会阻碍粉末颗粒在磁场中的运动，从而降低了粉末的运动速度，实现了激光熔覆粉末减速沉积在基板上的效果。
34.所述本发明的第二个实施例提供一种用于激光熔覆的粉末磁阻尼减速装置的制造方法，包括以下步骤：
35.步骤1，在激光熔覆喷嘴1的中间形成一个激光主通道7；在激光熔覆喷嘴1的底部铣出一个环形槽，形成环形水槽3；在环形水槽3内侧铣出环形凹槽12，在环形凹槽12的外侧铣出圆柱面11，在环形凹槽12中靠近环形水槽3的一侧槽壁和圆柱面11上加工外螺纹；
36.步骤2，在激光熔覆喷嘴1的顶面垂直向下打孔，形成三个通孔，通孔包括冷却水进口91、冷却水出口92和导线通道10；冷却水进口91、冷却水出口92与环形水槽3连通，导线通道10贯穿至激光熔覆喷嘴1底面；
37.步骤3，在激光熔覆喷嘴1的顶面打有斜孔，斜孔包括粉路通道2和保护气通道8；粉路通道2倾斜贯穿至激光熔覆喷嘴1底面，保护气通道8倾斜贯穿至激光束通道7的中部；
38.步骤4，在封套5中间形成一个圆形通孔15，圆形通孔15与激光束通道7和粉路通道2连通；在封套5上与环形水槽3相对应的位置加工外侧环形槽13，外侧环形槽13内加工内螺纹，在封套5上且位于外侧环形槽13的内侧加工内侧环形槽14，内侧环形槽14与导线通道10连通。
39.本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。