專利名稱：用于激光熔覆的噴頭的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于激光熔覆的噴頭，屬于激光熔覆領域。
背景技術：
激光熔覆即高能激光表面熔覆，其物理過程為，在高能激光光束的照射下，基材表面被迅速融化，液態的金屬形成一個小規模的熔池，在這個熔池中，原本的金屬材料與被添加的粉末相互混合，形成一層新的液態金屬層，待激光光束經過以后，熔池的溫度降低，液態金屬迅速冷卻，在金屬表面形成一層新的固態熔覆層。激光熔覆可極大的改變該關鍵部位的金屬性能，如硬度、耐磨性、耐熱性、抗腐蝕性等。當今工業界在激光熔覆應用上的主要送粉技術為旁軸噴粉，但由于旁軸噴粉屬于分體式噴頭，需要兩個噴頭同時協作，非常不利于復雜表面的加工，因此同軸化噴粉成為新的發展方向。近年來，在同軸化噴粉的基礎上，保護氣體也被加入同軸化設計，產生了粉末 噴射、保護氣體一體化同軸的技術。如附圖I顯示了一種噴粉、保護氣體一體化同軸的噴頭。然而在國際上，由于一體化同軸噴頭的設計尚未完善，因此該技術還有很長的一段發展期。如附圖I中的一體化同軸噴頭，它具有開設在該噴頭的中央的激光通道2、開設在激光通道2周圍的多個粉末通道3、開設在粉末通道3外圍的氣體通道4，激光通道2、粉末通道3和氣體通道4均相對獨立，互不連通。激光、粉末、保護氣體從各自通道噴射出噴頭后匯聚在一起并在待熔覆的加工件表面進行熔覆。現有技術中的粉末通道3和氣體通道4如附圖I中所示均為直通道，繞激光通道2的中心軸均勻分布，由于收到噴頭尺寸的限制，直通道的傾斜角度有限，因此造成粉末流和氣體流最小匯聚點到噴頭底端的距離較遠，粉末和保護氣體混合后的粉末流場密度小、不均勻，從而影響熔覆效果，激光熔池的張力、熔融比例、熔覆高度等一系列熔覆結果都難以得到控制。
發明內容
為了解決上述問題，本發明的目的在于提供一種用于激光熔覆的噴頭。為了達到以上目的，本發明采用的技術方案是用于激光熔覆的噴頭，它具有開設在該噴頭中央的上下貫穿噴頭的中央通道，中央通道的底部呈漏斗形，在中央通道的壁與噴頭的外壁之間開設有多個一端與粉末添加裝置相連接另一端貫穿噴頭底面的粉末通道以及多個一端與保護氣體添加裝置相連接另一端貫穿噴頭底面的氣體通道，粉末通道和氣體通道均呈螺旋形，且二者彼此間隔排列并繞中央通道的中心軸均勻分布。進一步地，多個粉末通道的入口的中心點在同一水平面上，多個氣體通道的入口的中心點在同一水平面上。更進一步地，當粉末通道的入口和氣體通道的入口尺寸相同時，設入口的直徑為Cl1，則相鄰的粉末通道與氣體通道的入口中心點的間距大于等于4屯；當粉末通道的入口和氣體通道的入口尺寸不同時，設其中較大的入口的直徑為d2，則相鄰的粉末通道與氣體通道的入口中心點的間距大于等于4d2。優選地，粉末通道和氣體通道的旋轉角位移為170° 280°。更優地，粉末通道和氣體通道的入口處的尺寸大于出口處的尺寸。本發明用于激光熔覆的噴頭，通過將原有的直線形的粉末通道和氣體通道設計成螺旋形，使粉末和保護氣體噴射出螺旋通道時形成的粉末流和氣體流與激光束中心軸之間的夾角角度變大，進而縮短了的粉末流和氣體流匯聚成的粉末流場的最小匯聚點與噴頭底端的距離，使粉末流場中合金粉末的密度均勻性比上一代噴頭提高30%以上，進而改善了激光熔池的張力、熔融比例、熔覆高度等一系列熔覆結果。
附圖I為現有技術中的噴頭的剖面結構示意圖； 附圖2為本發明用于激光熔覆的噴頭的剖面結構示意圖。圖中標號為
I、噴頭；2、激光通道；3、粉末通道；4、氣體通道；5、激光頭；6、激光束；7、加工件基材；
8、熔覆層；9、保護鏡片；10、第一腔；11、第二腔；12、聚焦鏡片。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的較佳實施例進行詳細闡述，以使本發明的優點和特征能更易于被本領域技術人員理解，從而對本發明的保護范圍做出更為清楚明確的界定。從附圖2的結構示意圖可以看出，本發明提供了用于激光熔覆的噴頭，它具有開設在該噴頭I中央的上下貫穿噴頭I的中央通道，中央通道的底部呈漏斗形，在中央通道的壁與噴頭I的外壁之間開設有多個一端與粉末添加裝置相連接另一端貫穿噴頭I底面的粉末通道3以及多個一端與保護氣體添加裝置相連接另一端貫穿噴頭I底面的氣體通道4，粉末通道3和氣體通道4均呈螺旋形，且二者彼此間隔排列并繞中央通道的中心軸均勻分布。附圖2中的粉末通道3和氣體通道4，由于粉末通道3和氣體通道4彼此間隔均勻分布，所以附圖2中只各畫出一條以作示例說明，其余的省略未畫出。多個粉末通道3的入口的中心點在同一水平面上，多個氣體通道4的入口的中心點在同一水平面上。當噴頭直徑較大時，氣體通道4和粉末通道3的入口的中心點可以在同一水平面上。當粉末通道3的入口和氣體通道4的入口尺寸相同時，設入口的直徑為Cl1,則相鄰的粉末通道3與氣體通道4的入口中心點的間距大于等于4屯；當粉末通道3的入口和氣體通道4的入口尺寸不同時，設其中較大的入口的直徑為d2，則相鄰的粉末通道3與氣體通道4的入口中心點的間距大于等于4d2。粉末通道3和氣體通道4的旋轉角位移為170° 280°，角位移大小取決于通道的入口至噴頭低端的垂直長度，角位移過大會造成粉末和保護氣體在通道內流動不暢，尤其粉末，可能造成堵塞，而角位移過小則對現有技術改善效果不明顯。粉末通道3和氣體通道4的入口處的尺寸大于出口處的尺寸，以增加粉末和保護氣體噴射出噴頭時的壓力。粉末通道3和氣體通道4的數量相同，各優選為3 5條。
中央通道包括位于第一腔10和位于第一腔10下方并與第一腔10相連通的第二腔11，中央通道的第一腔10與第二腔11的軸心線相重合，第一腔10的為圓柱形或漏斗形，且第一腔10的底端口徑小于等于第二腔11的頂端口徑。第二腔11呈漏斗形，一方面防止粉末從第二腔11底端口進入中央通道，另一方面縮小保護氣體噴出時的噴射范圍。激光頭13發出激光束6，激光束6經過聚焦鏡片12和保護鏡片9進入中央通道的第一腔10，粉末和保護氣體分別從螺旋形的粉末通道3和氣體通道4中噴射出匯聚混合形成粉末流場，到達待熔覆的加工件基材表面。上述實施例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人 士能夠了解本發明的內容并據以實施，并不能以此限制本發明的保護范圍。凡根據本發明精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種用于激光熔覆的噴頭，其特征在于它具有開設在該噴頭(I)中央的上下貫穿噴頭(I)的中央通道，所述的中央通道的底部呈漏斗形，在中央通道的壁與噴頭(I)的外壁之間開設有多個一端與粉末添加裝置相連接另一端貫穿噴頭(I)底面的粉末通道(3)以及多個一端與保護氣體添加裝置相連接另一端貫穿噴頭(I)底面的氣體通道(4)，所述的粉末通道(3)和氣體通道(4)均呈螺旋形，且二者彼此間隔排列并繞中央通道的中心軸均勻分布。
2.根據權利要求I所述的用于激光熔覆的噴頭，其特征在于所述的多個粉末通道(3)的入口的中心點在同一水平面上，所述的多個氣體通道(4)的入口的中心點在同一水平面上。
3.根據權利要求I所述的用于激光熔覆的噴頭，其特征在于當所述的粉末通道(3)的入口和氣體通道(4)的入口尺寸相同時，設入口的直徑為Cl1，則所述的相鄰的粉末通道(3) 與氣體通道(4)的入口中心點的間距大于等于4も；當所述的粉末通道(3)的入口和氣體通道(4)的入口尺寸不同時，設其中較大的入口的直徑為d2，則所述的相鄰的粉末通道(3)與氣體通道(4)的入口中心點的間距大于等于4d2。
4.根據權利要求I所述的用于激光熔覆的噴頭，其特征在于所述的粉末通道(3)和氣體通道(4)的旋轉角位移為170° 280°。
5.根據權利要求I所述的用于激光熔覆的噴頭，其特征在于所述粉末通道(3)和氣體通道(4)的入口處的尺寸大于出口處的尺寸。
全文摘要
本發明公開了一種用于激光熔覆的噴頭，它具有開設在該噴頭中央的上下貫穿噴頭的中央通道，中央通道的底部呈漏斗形，在中央通道的壁與噴頭的外壁之間開設有多個一端與粉末添加裝置相連接另一端貫穿噴頭底面的粉末通道以及多個一端與保護氣體添加裝置相連接另一端貫穿噴頭底面的氣體通道，粉末通道和氣體通道均呈螺旋形，且二者彼此間隔排列并繞中央通道的中心軸均勻分布。本發明用于激光熔覆的噴頭，通過將原有的直線形的粉末通道和氣體通道設計成螺旋形，縮短了的粉末流和氣體流匯聚成的粉末流場的最小匯聚點與噴頭底端的距離，使粉末流場中合金粉末的密度均勻性比上一代噴頭提高30%以上。
文檔編號C23C24/10GK102851665SQ20121031570
公開日2013年1月2日 申請日期2012年8月31日 優先權日2012年8月31日
發明者張翀昊, 柳岸敏, 黃佳欣, 黃和芳, 張祖洪 申請人:張家港市和昊激光科技有限公司