一种镁、铝合金激光沉积修复专用加强保护喷嘴的制作方法

本发明属于航空航天用镁、铝合金铸造毛坯及机加零件的补焊修复，特别涉及一种镁、铝合金激光沉积修复专用加强保护喷嘴。

背景技术：

1、镁、铝合金具有比强度高、密度低，广泛应用于航空航天零件制造领域。镁、铝合金铸造零件形状复杂，多有油路及薄壁位置，铸造难度大，加之镁、铝合金熔点低、散热快的特点，铸件表面和内部易产生疏松、偏析和夹渣等缺陷。并且零件在加工和使用过程中可能会发生磕碰等微小损伤。在铸造零件成品前，采用焊接进行修复，可以使其满足使用要求，同时挽救经济损失。

2、激光沉积修复技术是一种热输入低、指向性好、精度高的表面改性修复技术，在镁、铝合金铸件修复方向具有广泛的应用前景。目前激光沉积修复技术已被用于部分铁基、钛基、铝基材料的修复上。但镁合金合金易氧化，在沉积过程中熔池和粉末都容易发生严重氧化，影响修复质量和修复效果。

3、目前所检索的同轴送粉喷嘴专利，多数送粉喷嘴虽然可以保证送粉稳定、粉末流动通畅性、汇聚性，但没有针对铝、镁合金激光沉积的专用喷嘴。在激光沉积过程中，一方面喷嘴在铝合金、镁合金高反射作用下易发热，导致喷嘴温度过高，另一方面常规喷嘴的保护气氛围并不能完全保护铝合金、镁合金的熔池和粉末，从而影响沉积层的质量和沉积效果。

4、现有喷嘴设计的冷却流道较窄仅在喷嘴底部，虽然有部分专利改良了喷嘴结构，但是冷却水在喷嘴内的流动不均匀，冷却水进入后先流过喷嘴轴对称的半部，再流过另半部，易导致喷嘴两边的冷却效果不一致。

技术实现思路

1、发明目的：针对镁、铝合金铸件及机加后零件激光沉积修复过程中保护效果和冷却效果不足，提出一种镁、铝合金激光沉积修复专用加强保护喷嘴。提升铝、镁合金激光沉积过程中的保护效果。为提升保护效果，在传统送粉喷嘴结构的基础上，设计了外环保护气结构，加强了对熔池和粉末的保护。即同轴保护气、粉末载气、外环保护气，共三路保护气体对熔池和粉末进行保护。为提升冷却效果在内喷嘴上设置了环形流道，并且水流可以依次从下部流通到上端面出口，使冷却效果得到加强。

2、本发明的技术方案是：

3、一种铝镁合金激光沉积修复专用加强保护喷嘴，所述喷嘴从内向外依次包括：内环喷嘴、中间送粉喷嘴和外环加强保护气氛喷嘴；

4、所述内环喷嘴为倒置的圆台，中部设有同轴的激光通孔，用于激光束通过；

5、所述中间送粉喷嘴为套设在内环喷嘴外侧的锥形环台；所述中间送粉喷嘴内设有从上到下的粉末流道；

6、所述外环加强保护气氛喷嘴为套设在中间送粉喷嘴外侧的锥形环台；所述外环加强保护气氛喷嘴上端面设有气流入口，外环加强保护气氛喷嘴内壁与中间送粉喷嘴外壁之间构成气流通道，且外环加强保护气氛喷嘴下端面内壁与中间送粉喷嘴下端面外壁之间设有间隙构成环形气流出口。

7、进一步，所述内环喷嘴外壁设有冷却水槽；内环喷嘴上端面设有进水口和出水口分别连接冷却水槽两端；内环喷嘴外壁与中间送粉喷嘴内壁紧密贴合构成完整的冷却水流道。

8、进一步，所述冷却水槽包括竖直水槽和螺旋水槽；冷却水从进水口进入冷却水槽后沿竖直水槽从上而下延伸至内环喷嘴底部，然后沿螺旋水槽螺旋上升至内环喷嘴顶部出水口。

9、进一步，所述冷却水槽包括竖直水槽和n层水平的环形水槽；

10、冷却水从进水口进入冷却水槽后沿竖直水槽从上而下延伸至内环喷嘴底部，在第一层环形水槽中逆时针水平流动至竖直水槽左侧后上升至第二环形水槽；

11、在第二层环形水槽中顺时针流动至竖直水槽右侧后上升至第三环形水槽；

12、在第三层至n层水平通道中重复第一层和第二层环形水槽中的流动方式直至流至出水口。

13、进一步，外环加强保护喷嘴外壁、中间送粉喷嘴内外壁、内环喷嘴外壁具有相同的锥度。

14、进一步，所述粉末流道设有三束，沿周向均布，三条粉末流道具有相同的锥度，三条粉末流道的轴线汇聚点位于内环喷嘴中轴线上。

15、进一步，外环加强保护气氛喷嘴内壁与中间送粉喷嘴外壁之间设有三层石棉网和两层分气孔板，且两层分气孔板设在三层石棉网之间。

16、进一步，下层分气孔板中的分气孔数量为上层分气孔板中的分气孔数的两倍。

17、进一步，所述外环加强保护气氛喷嘴上端面沿周向均布有四个气流入口。

18、本发明具有以下有益效果：提出一种镁、铝合金激光沉积修复专用加强保护喷嘴，在传统送粉喷嘴结构的基础上，设计了外环保护气结构，加强了对熔池和粉末的保护。即同轴保护气、粉末载气、外环保护气，共三路保护气体对熔池和粉末进行保护。为提升冷却效果在内喷嘴上设置了环形流道，并且水流可以依次从下部流通到上端面出口，使冷却效果得到加强。

技术特征：

1.一种铝镁合金激光沉积修复专用加强保护喷嘴，其特征在于：所述喷嘴从内向外依次包括：内环喷嘴、中间送粉喷嘴和外环加强保护气氛喷嘴；

2.根据权利要求1所述的加强保护喷嘴，其特征在于：所述内环喷嘴外壁设有冷却水槽；内环喷嘴上端面设有进水口和出水口分别连接冷却水槽两端；内环喷嘴外壁与中间送粉喷嘴内壁紧密贴合构成完整的冷却水流道。

3.根据权利要求2所述的加强保护喷嘴，其特征在于：所述冷却水槽包括竖直水槽和螺旋水槽；冷却水从进水口进入冷却水槽后沿竖直水槽从上而下延伸至内环喷嘴底部，然后沿螺旋水槽螺旋上升至内环喷嘴顶部出水口。

4.根据权利要求3所述的加强保护喷嘴，其特征在于：所述冷却水槽包括竖直水槽和n层水平的环形水槽；

5.根据权利要求4所述的加强保护喷嘴，其特征在于：外环加强保护喷嘴外壁、中间送粉喷嘴内外壁、内环喷嘴外壁具有相同的锥度。

6.根据权利要求5所述的加强保护喷嘴，其特征在于：所述粉末流道设有三束，沿周向均布，三条粉末流道具有相同的锥度，三条粉末流道的轴线汇聚点位于内环喷嘴中轴线上。

7.根据权利要求6所述的加强保护喷嘴，其特征在于：外环加强保护气氛喷嘴内壁与中间送粉喷嘴外壁之间设有三层石棉网和两层分气孔板，且两层分气孔板设在三层石棉网之间。

8.根据权利要求7所述的加强保护喷嘴，其特征在于：下层分气孔板中的分气孔数量为上层分气孔板中的分气孔数的两倍。

9.根据权利要求8所述的加强保护喷嘴，其特征在于：所述外环加强保护气氛喷嘴上端面沿周向均布有四个气流入口。

技术总结
本发明属于航空航天用镁、铝合金铸造毛坯及机加零件的补焊修复技术领域，公开了一种镁、铝合金激光沉积修复专用加强保护喷嘴。喷嘴从内向外依次包括：内环喷嘴、中间送粉喷嘴和外环加强保护气氛喷嘴；内环喷嘴为倒置的圆台，中部设有同轴的激光通孔，用于激光束通过；中间送粉喷嘴为套设在内环喷嘴外侧的锥形环台；中间送粉喷嘴内设有从上到下的粉末流道；外环加强保护气氛喷嘴为套设在中间送粉喷嘴外侧的锥形环台；外环加强保护气氛喷嘴上端面设有气流入口，外环加强保护气氛喷嘴内壁与中间送粉喷嘴外壁之间构成气流通道，且外环加强保护气氛喷嘴下端面内壁与中间送粉喷嘴下端面外壁之间设有间隙构成环形气流出口。

技术研发人员：申发明,崔岩峰,徐加平,李勇军,陈健,韩永华
受保护的技术使用者：中国航发哈尔滨东安发动机有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15