CN107385435B - 熔覆喷头及激光熔覆装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种熔覆喷头，其包括喷嘴及枪身，喷嘴设置在枪身的底部，喷嘴内设置有供熔覆材料通过的熔覆通道及供气体通过的气体输送通道，气体输送通道围设在熔覆通道的外围，喷嘴上设置有至少三个及以上的导气槽，导气槽与气体输送通道连通枪身分为上段、中间段及下段三部分，上段设置有倒角，中间段设置有圆孔，下段设置有至少三个及以上的过孔，其与喷嘴上的导气槽连通。在熔覆喷头上套设有气体保护套，保护套与熔覆喷头之间有间隙形成气体输送通道；喷嘴和熔覆通道为同轴布置，气体通过气体输送通道均匀喷射到熔覆区域，不但有效防止熔覆层氧化，而且也一定程度上冷却了熔覆通道，提高了其使用寿命。

Description

熔覆喷头及激光熔覆装置

技术领域

本发明涉及一种熔覆喷头及激光熔覆装置，属于激光加工领域。

背景技术

激光熔覆是指以不同的添料方式在被熔覆基体表面上放置被选择的涂层材料经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低，与基体成冶金结合的表面涂层，显著改善基层表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性等的工艺方法，从而达到表面改性或修复的目的。激光熔覆按熔覆材料的供给方式大概可分为两大类，即预置式激光熔覆和同步式激光熔覆。

1）预置式激光熔覆是将熔覆材料事先置于基材表面的熔覆部位，然后采用激光束辐照扫描熔化，熔覆材料以粉、丝、板的形式加入，其中以粉末的形式最为常用；

2）同步式激光熔覆则是将熔覆材料直接送入激光束中，使供料和熔覆同时完成。熔覆材料主要也是以粉末的形式送入，有的也采用线材或板材进行同步送料。

同步送料法是目前最为先进的激光熔覆技术，它可大大提高熔覆质量，降低熔覆层的稀释率和基材的热影响，与预置熔覆法相比可使所需的熔覆能量降低一倍以上，还易于实现自动控制。侧向送料由于被熔材料的出口和光的出口相距较远，被熔材料和光的可控性较好不会出现因被熔材料过早熔化阻塞出光口的现象。单侧送料方式的局限性在于送料只是一个方向，这使得当加工面是平面时加工轨迹只能是一条直线，而不能走诸如圆、方形等这些曲线，使这类送料器在加工中使用的方便性、灵活性受到限制。同轴送料克服了单侧送料的缺点，能够将被熔材料均匀分散成环型再汇聚后送入聚焦的激光光束中。

中国专利CN201823642U公开了一种包含导向保护气流的激光熔覆同轴送粉喷嘴，该导向保护气套套接在粉末套的外部，并与其采用螺纹连接。该导向保护气套的内锥面与粉末套的外锥面之间形成开放的导向保护气通道，该导向保护气套上均匀设置数个进气孔，与导向保护气通道上部相同。

此包含导向气流的激光熔覆同轴送粉喷嘴虽然具有如下优点：

添加了外部的导向保护气流，即可对粉末流起到导向束流的作用，提高粉末流的汇聚程度，又可以对激光熔池提供很好的保护，并使喷嘴工作更加稳定，延长喷嘴的使用寿命。

但是依然存在如下不足：

气体通道由多个进气口组成，由于零件制造误差和装配误差的存在，无法保证每个进气口的气压和流量一样，最终也无法保证喷射到熔覆区域的气体均匀，所以也无法保证熔覆层完全不氧化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种保护熔覆层不被氧化的一种熔覆喷头，从而保证熔覆效率。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种熔覆喷头，其特征在于，所述熔覆喷头包括喷嘴及枪身，所述喷嘴设置在所述枪身的底部，所述喷嘴内设置有供熔覆材料通过的熔覆通道及供气体通过的气体输送通道，所述气体输送通道围设在所述熔覆通道的外围。

进一步地，所述气体输送通道与所述熔覆通道同轴布置。

进一步地，所述喷嘴包括喷嘴本体和设置在所述喷嘴本体外部的保护套，所述保护套与喷嘴本体之间形成有间隙，所述间隙为所述气体输送通道。

进一步地，所述保护套套设在所述喷嘴本体的外围。

进一步地，所述喷嘴上设置有至少三个及以上的导气槽，所述导气槽与所述气体输送通道连通。

进一步地，所述枪身分为上段、中间段及下段三部分，所述上段设置有倒角，所述中间段设置有圆孔，所述下段设置有至少三个及以上的过孔，所述倒角、圆孔及过孔连通，所述过孔与所述喷嘴上的导气槽连通。

本发明还提供了一种激光熔覆装置，用于接受入射光束并将所述入射光束转换成聚焦光束以在基材上形成焦点，其特征在于，所述激光熔覆装置包括支撑座和位于所述支撑座下方的如上述的熔覆喷头，所述支撑座上设有分光镜和至少两个反射聚焦镜，所述分光镜接收入射光束并将所述入射光束反射形成反射光束，所述反射聚焦镜接收所述反射光束并将所述反射光束转化为聚焦光束。

进一步地，所述支撑座上一端设置有进气嘴及与所述进气嘴连接且设置在所述支撑座上并与所述熔覆喷头的气体输送通道连通的进气管道；所述熔覆喷头与所述支撑架之间还设置有垫片，所述垫片上设置有将所述气体输送通道与进气管道连通的让气流通过的过孔。

进一步地，所述进气管道、气体输送通道及保护套均与所述聚焦光束、反射光束错位。

进一步地，所述熔覆喷头上设置有用于微调所述熔覆喷头位置的微调装置，所述喷嘴设置在所述枪身的底部，所述微调装置活动安装在所述枪身的顶部，且可相对所述支撑座位移；所述微调装置包括至少一个垫片以及设置在所述枪身顶部的固定部，所述垫片夹持在所述固定部与所述支撑座之间。

本发明的有益效果在于：本发明的熔覆喷头及激光熔覆装置通过在喷嘴内设置供气体通过的气体输送通道，且将该气体输送通道设置成围设在熔覆通道的外围，从而通过气体输送通道将气体喷射至熔覆区域，不但有效防止熔覆层氧化，而且也一定程度上冷却了熔覆通道，提高了其使用寿命，有助于提高熔覆效率；

由于支撑座上的气体输送通道和光束完全错位，光束无法照射到气体输送通道，从而有效保证了气体的温度，避免气体温度变高，使其不仅让处于冷态的保护气体能够保护好熔覆通道的相关零件由于温度过高影响寿命，同时也能够起到保护熔覆层的作用；

由于支撑座中的进气管道只有一个管道组成，和外围的气体保护装置是唯一连接，从而有效保证气体到熔覆区域的压力和流量稳定，避免熔覆区域的氧化。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为本发明的激光熔覆装置的整体结构示意图。

图2为图1的剖面示意图。

图3为图2的喷头的剖面示意图。

图4为图1的局部结构示意图。

图5为图2的枪身的剖面示意图。

图6a为图1的另一局部结构示意图。

图6b为图1的又一局部结构示意图。

图7为图1的再一局部结构示意图。

图8为图1的熔覆喷嘴的结构示意图。

图9为图1的水路冷却系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

请参见1，本发明的一较佳实施例提供了一种激光熔覆装置用于接受入射光束并将所述入射光束转换成聚焦光束以在基材上形成焦点，所述激光熔覆装置包括支撑座2和位于所述支撑座2下方的熔覆喷头1。所述支撑座2呈圆柱体，所述支撑座2具有上表面，所述上表面设置有调节支架7，所述上表面上内凹形成有固定所述分光镜4的分光镜凹槽（未标号）、内凹形成有固定每个所述调节支架7的支架凹槽（未标号）以及贯通所述支撑座的光出口100。所述支撑座2上设有分光镜4和至少两个反射聚焦镜5，所述反射聚焦镜5通过调节支架7固定在所述支撑座2上并通过调节支架7进行位置的微调，所述调节支架7通过支架凹槽（未标号）固定在所述支撑座2上；在本实施例中，以反射聚焦镜5和调节支架7的数目为三进行说明，诚然，在其他实施例中，该反射聚焦镜5和调节支架7的个数还可为两个或四个及以上。所述支撑座2的中心垂线与所述分光镜4的光轴重叠，每个所述支架凹槽相对于所述分光镜凹槽均匀设置在所述上表面的四周。所述分光镜4接收入射光束并将所述入射光束反射形成反射光束，所述反射聚焦镜5接收所述反射光束并将所述反射光束转化为聚焦光束，所述聚焦光束穿过贯通所述支撑座2的光出口100然后在基材（未图示）上形成熔覆焦点。所述支撑座2上还设有供冷却介质循环流动以给所述反射聚焦镜5降温的冷却系统6以及设置在所述支撑座2上的支座盖8。所述支撑座2与所述支座盖8之间形成有收纳所述分光镜4和反射聚焦镜5的收纳空间（未标号），通过该支撑座2和支座盖8将所述分光镜4和反射聚焦镜5收纳，从而使得装置整体结构集体化，同时起到防尘效果。所述支座盖8的顶部开设有使所述收纳空间与外部连通的开口（未标号），所述支座盖8上设有与所述开口对接的光通管9，所述支撑座2上设有将所述光通管9固定的连接头10，所述连接头10活动安装在所述支撑座2上，且所述连接头10使所述光通管9相对所述支撑座2位移和/或偏摆，进而改变所述入射光束与所述分光镜4之间的位置和角度关系。所述支撑座2上一端设置有进气嘴3及与所述进气嘴3连接的设置在所述支撑座2上的进气管道31。在本实施例中，所述反射聚焦镜5的个数为两个，诚然，在其他实施例中，所述反射聚焦镜5的个数可以为更多；所述进气管道31与所述垫片过孔1341连通，以便更好的输送气体。

请参见图2至图4，所述熔覆喷头1的包括喷嘴12及枪身11，所述喷嘴12设置在所述枪身11的底部。所述喷嘴12内设置有供熔覆材料通过的熔覆通道124及供气体通过的气体输送通道122，所述气体输送通道122围设在所述熔覆通道124的外围。所述气体输送通道122与进气管道31连通。所述喷嘴12包括喷嘴本体和设置在所述喷嘴本体外部的保护套123，所述保护套123与喷嘴本体之间形成有间隙，所述间隙即为所述气体输送通道122，所述气体输送通道122和熔覆通道124同轴布置，保证输送气体均匀包络熔覆通道124。所述保护套123套设在所述喷嘴12的外围且同轴布置，将保护气体均匀的喷入到熔覆区域，有效的防止熔覆区域氧化。再结合图2，保护套123上均匀布置有对应气体输送通道122设置的导气槽121，该导气槽121设置在气体输送通道122的入口端，所述导气槽121带有倒角，以方便气体顺畅的流入到气体输送通道122内部。所述保护套123上表面与所述枪身11的下表面接触，防止气体流出。在本实施例中，设置在所述喷嘴12上的导气槽121的个数为三个。诚然，在其他实施例中，所述导气槽121的个数也可为四个、五个及更多，按实际激光熔覆情况而定。

请参见图5，所述枪身11分为上段、中间段及下段三部分，所述上段设置有倒角111，所述中间段设置有圆孔（未图示），所述下段设置有至少三个及以上的第一过孔113，所述倒角111、圆孔及第一过孔113连通，所述第一过孔113与所述喷嘴12上的导气槽121连通，以输送气体至所述喷嘴12内的气体输送通道122。在本实施例中，所述下段上设置的第一过孔113的个数为三个。诚然，在替他实施例中，所述第一过孔113的个数也可为四个、五个及以上，按实际激光熔覆及所述喷嘴的情况而定。请结合图6a及图6b，所述下段上设置有三个第一过孔113，所述第一过孔113贯穿所述下段，所述第一过孔113的位置与所述导气槽121的位置一致以连通并输送气体。

请参见图7，光束经过所述光通管射入至激光熔覆装置内，经所述分光镜4分成三束光折射在所述反射聚焦镜5上，再通过所述反射聚焦镜5反射从所述光出口射出并在所述喷嘴12处集成。设置在所述熔覆喷头1内的气体输送通道122与所述光束避开，不会产生热量，且因为气体自身温度较低，可以起到冷却熔覆喷头1以及熔覆区域的作用，延长所述熔覆喷头1的寿命。

请参见图8，所述熔覆喷头1上还设置有用于微调所述熔覆喷头1位置的微调装置13，所述喷嘴12设置在所述枪身11的底部，所述微调装置13活动安装在所述枪身11的顶部，且可相对所述支撑座2位移。所述垫片134夹持在所述固定部131与所述支撑座2之间，所述垫片134上设置有垫片过孔1341，所述垫片过孔1341将所述熔覆喷头1的气体输送通道122与进气管道31连通。所述垫片过孔1341与所述枪身11上段的倒角111连通以更好的输送气体。所述垫片与支撑座2的下表面及枪身11的上表面接触，保证气体只能在气体输送通道122内流通，减少气体损失并防止气体跑出。所述垫片134和固定部131上均开设有第二过孔132，所述第二过孔132内插入有过孔杆133，且所述第二过孔132的直径大于所述过孔杆133的直径。在本实施例中，所述微调装置13包括至少一个垫片134以及设置在所述枪身11顶部的固定部131，所述过孔杆133为过孔螺钉，所述过孔螺钉与所述支撑座2通过螺纹连接。本实施例中，以所述垫片134的数量为二进行说明，诚然，在其他实施例中，该垫片134的数量还可为一或三个及以上，其主要目的是调节熔覆喷头1与熔覆焦点之间的距离。所述垫片134夹持在所述固定部131与所述支撑座2之间；所述垫片134和固定部上均开设有第二过孔132，所述第二过孔132内插入有过孔杆133，所述第二过孔132的直径大于所述过孔杆133的直径。由于所述第二过孔132的直径大于所述过孔杆133的直径，所以，可通过微移所述微调装置13再通过所述过孔杆133紧固所述熔覆喷头1从而达到熔覆喷头1相对支撑座2实现周向微调的目的。本实施例中，所述过孔杆133为螺钉，所述过孔杆133与所述支撑座2通过螺纹（未图示）连接，通过采用螺纹连接以方便调节过孔杆133与支撑座的连接关系。诚然，在其他实施例中，该过孔杆133还能为其他紧固件。

在本实施例中，所述枪身11具有侧壁（未标号）和由所述侧壁围设形成的送丝腔（未图示）。丝材位于所述送料腔内，所述送丝腔沿所述侧壁的纵长方向延伸。所述侧壁的一侧设置有纵长开口14，所述纵长开口14沿所述侧壁的纵长方向延伸。

请参见9，本发明的冷却系统6包括连接三个反射聚焦镜5的管路61和形成在每个所述反射聚焦镜5内的冷却通道（未图示），每个所述管路61与所述冷却通道对接。每个所述管路61的两端设置有水管公接头611；每个所述冷却通道的两侧设有通道口62，每个所述通道口62上设有与所述水管公接头611对接的水管母接头621。在本实施例中，其中两根所述管路61的一端分别被定义为第一进水口612和第一出水口613，所述第一进水口612和第一出水口613设置在所述支座盖8上。通过该冷却系统6可以实现对所述反射聚焦镜5的降温效果，减少反射聚焦镜5的热变形，提高其使用寿命；同时，将第一进水口612和第一出水口613设置在支座盖上，方便其直接与外部的供水系统连接，避免因反复拆卸而影响装置的精密性，并且提高了工作效率。

综上所述：上述熔覆喷头1及激光熔覆装置通过在喷嘴12内设置供气体通过的气体输送通道122，且将该气体输送通道122设置成围设在熔覆通道124的外围，从而通过气体输送通道122将气体喷射至熔覆区域，不但有效防止熔覆层氧化，而且也一定程度上冷却了熔覆通道124，提高了其使用寿命，有助于提高熔覆效率；

由于支撑座2上的气体输送通道122和光束完全错位，光束无法照射到气体输送通道122，从而有效保证了气体的温度，避免气体温度变高，使其不仅让处于冷态的保护气体能够保护好熔覆通道124的相关零件由于温度过高影响寿命，同时也能够起到保护熔覆层的作用；

由于支撑座2中的进气管道31只有一个管道组成，和外围的气体保护装置是唯一连接，从而有效保证气体到熔覆区域的压力和流量稳定，避免熔覆区域的氧化。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种激光熔覆装置，用于接受入射光束并将所述入射光束转换成聚焦光束以在基材上形成焦点，其特征在于，所述激光熔覆装置包括支撑座和位于所述支撑座下方的熔覆喷头，所述支撑座上设有分光镜和至少两个反射聚焦镜，所述分光镜接收入射光束并将所述入射光束反射形成反射光束，所述反射聚焦镜接收所述反射光束并将所述反射光束转化为聚焦光束；

所述熔覆喷头包括喷嘴及枪身，所述喷嘴设置在所述枪身的底部，所述喷嘴内设置有供熔覆材料通过的熔覆通道及供气体通过的气体输送通道，所述气体输送通道围设在所述熔覆通道的外围；

所述支撑座上一端设置有进气嘴及与所述进气嘴连接且设置在所述支撑座上并与所述熔覆喷头的气体输送通道连通的进气管道；所述熔覆喷头与所述支撑座之间还设置有垫片，所述垫片上设置有将所述气体输送通道与进气管道连通的让气流通过的过孔；

所述枪身分为上段、中间段及下段三部分，所述上段设置有倒角，所述中间段设置有圆孔，所述下段设置有至少三个及以上的过孔，所述倒角、圆孔及过孔连通，所述过孔与所述喷嘴上的导气槽连通；

所述进气管道、气体输送通道及保护套均与所述聚焦光束、反射光束错位；

所述熔覆喷头上设置有用于微调所述熔覆喷头位置的微调装置，所述喷嘴设置在所述枪身的底部，所述微调装置活动安装在所述枪身的顶部，且可相对所述支撑座位移；所述微调装置包括至少一个垫片以及设置在所述枪身顶部的固定部，所述垫片夹持在所述固定部与所述支撑座之间。

2.如权利要求1所述的激光熔覆装置，其特征在于，所述气体输送通道与所述熔覆通道同轴布置。

3.如权利要求1所述的激光熔覆装置，其特征在于，所述喷嘴包括喷嘴本体和设置在所述喷嘴本体外部的保护套，所述保护套与喷嘴本体之间形成有间隙，所述间隙为所述气体输送通道。

4.如权利要求3所述的激光熔覆装置，其特征在于，所述保护套套设在所述喷嘴本体的外围。

5.如权利要求1所述的激光熔覆装置，其特征在于，所述喷嘴上设置有至少三个及以上的导气槽，所述导气槽与所述气体输送通道连通。