專利名稱：垂直面送粉激光熔覆噴嘴的制作方法
技術領域：
本發明涉及內側和外側垂直面送粉激光熔覆噴嘴的結構設計，屬于激光材料加工技術領域。
中國專利發明名稱為“垂直裝卸的分體式激光熔覆同軸送粉噴嘴”(申請號00100041.1，公開號CN 1255411A)，公開了一種噴嘴結構。該發明噴嘴由內外套接的內錐筒、中間錐筒、外錐筒、冷卻水擋板和噴頭組成多層同心錐筒，包含同軸光路通道、粉路通道、保護氣體通道和冷卻水通道。其中粉末通道由中間錐筒與外錐筒構成，外錐筒上部包含四個切向人口將粉末引入，切向入口下面安置微孔漏篩。進入粉末通道的四路粉末流在輸送氣體的帶動下迅速分散在篩環的圓周面上，再從微孔漏篩環圓周上均布的數十個微孔中均勻地漏下，沿粉末通道向下運動、聚后在出口處形成均勻的會聚同軸粉末錐流，使得激光熔覆各向同性，克服了單管側向送粉熔覆各向異型性等一系列不足。該發明具有三層錐體同時冷卻、靈活方便的垂直裝卸、粉末流主動均勻化、光斑直徑靈活調節、內錐頭部可更換、端部抗激光反射和粉末回收等優點，適應于單道激光熔覆以及激光快速制造，激光合金化、激光相變硬化和激光焊接等用會聚窄光束的場合。
中國專利發明名稱為“可調寬帶雙向對稱送粉激光熔覆噴嘴”(申請號01110132.6，公開號CN 1319459A)，公開了另一種噴嘴結構。該發明噴嘴由相互聯接的上體與下體兩部分組成；該下體包括同軸設置的外園錐體、中間矩形體、下部矩形體、可更換矩形噴頭、由數組寬帶送粉頭和冷卻水腔構成的兩組送粉座組成；中間矩形體設置在外圓錐體、中間矩形體之間，并向下延伸與可更換矩形噴頭相連，該兩組送粉座對稱安裝在外圓錐體下部及可更換矩形噴頭外面的兩側。該發明具有實用化、多性能、使用方便的優點，能克服離焦光斑多道搭接的不足，明顯改善熔覆層的平整性、性能均勻性和熔覆效率，特別適用于大面積送粉激光熔覆、大面積送粉激光合金化、大面積預置粉激光熔覆、大面積預置粉激光合金化、大面積激光重熔、大面積激光相變硬化等廣泛的應用領域。
上述噴嘴能很好地應用于水平面激光熔覆場合，但不能應用于垂直面的熔覆場合。
本發明垂直面送粉激光熔覆噴嘴，由相互聯接的上體、中間體和下體三部分組成；其特征在于，該下體包括水冷空心圓柱體主體、斜面水冷反射鏡座和反射鏡以及空心錐形粉嘴組成；其中，所說的斜面反射鏡座設置在空心圓柱體主體底部并與其相連，其上安置反射鏡；所說的空心錐形粉嘴設置在空心圓柱體左下部并同時與圓柱體和斜面反射鏡座用螺釘相連。
所說的水冷空心圓柱體主體中心為一大圓柱形通孔，作為光束通道；在圓柱體主體端面開有5個直孔，左側3個，右側2個，其中左側兩邊的2個直孔為送粉通道，中間的孔為保護氣體通道；右側的2個孔底部相連，為冷卻水回路通道；所說的空心錐形粉嘴自右上至左下開4個斜錐孔，中間的大斜錐孔為光束通道，左上部的3個小斜錐孔的入口分別與空心圓柱體左側的3個直孔的出口對應，其中兩邊的2個小斜錐孔為粉末通道，其出口呈匯聚狀，使噴出的粉末匯聚成一束粉流，中間的小斜錐孔為閉環氣體通道；所說的斜面反射鏡座為斜面柱體，斜面上安置反射鏡，其斜面角度保證從圓柱體空心垂直入射的激光束經反射鏡反射后能從空心錐形粉嘴的中間大斜錐孔出去。斜面反射鏡座底部挖一孔腔，為水冷卻通道。
所說的上體由外螺紋套筒和套于其內的活動內螺紋套筒組成；該外螺紋套筒為整個噴嘴與激光加工工作頭的聯接件，外螺紋套筒和內螺紋套筒組成光束離焦量即光斑大小和熔覆道寬度調節機構。
中間體為兩端不同直接的圓筒體，一端直徑與上體相同，一端直徑與下體相同。上體和中間體之間采用扣瓣聯接，該扣瓣的扣固定在上體外螺紋套筒的下端，瓣固定在中間體的一端，構成本噴嘴的分體結構和垂直裝卸功能。所說上體內螺紋套筒下端可有一個凸臺，中間體的上端有一個凹槽，安裝時由它們實現精確定位。中間體和下體用螺紋連接。
所說的水冷空心圓柱體主體中心大圓柱形通孔、斜面反射鏡和空心錐形粉嘴中間大斜錐孔構成匯聚激光束通道和軸向保護氣通道；所說的水冷空心圓柱體主體左側兩邊的2個直孔和空心錐形粉嘴左上部兩邊的2個小斜錐孔構成兩路匯聚粉末流通道；所說的水冷空心圓柱體主體左側中間的1個直孔和空心錐形粉嘴左上部中間的1個小斜錐孔構成另一路保護氣體通道；所說的水冷空心圓柱體主體右側的2個底部相通的直孔構成主體冷卻水通道；所說的斜面反射鏡座底部孔腔為反射鏡冷卻水通道。
本發明的功能及特點如下(1)本發明噴嘴主體由水冷空心圓柱體主體、位于圓柱體底部的斜面水冷反射鏡座和反射鏡以及位于左下部的空心錐形粉嘴組成。水冷空心圓柱體主體中心大圓柱形通孔、斜面反射鏡和空心錐形粉嘴中間大斜錐孔構成匯聚激光束通道，并由斜面反射鏡形成入射聚焦激光束的折彎功能；水冷空心圓柱體主體左側兩邊的2個直孔和空心錐形粉嘴左上部兩邊的2個對應小斜錐孔構成兩路匯聚粉末流通道，并由空心錐形粉嘴左上部的小斜錐孔形成粉末流的折彎和匯聚功能；折彎聚焦激光束與折彎匯聚粉末流匯聚于噴嘴外一空間點，形成本噴嘴的垂直面送粉激光熔覆功能；(2)本發明噴嘴特別采用兩路對稱送粉結構，由水冷空心圓柱體主體左側兩邊的2個直孔和空心錐形粉嘴左上部兩邊的2個對應小斜錐孔構成，兩路對稱粉末流由各自的小斜錐孔匯聚并相交于聚焦光束焦點，確保了垂直面送粉激光熔覆各方向的送粉均勻性和熔覆均勻性；(3)本發明噴嘴采用雙路水冷卻結構，分別由水冷空心圓柱體主體右側的2個底部相通的直孔構成主體冷卻水通道和斜面反射鏡座底部的孔腔構成反射鏡冷卻水通道，確保了本發明噴嘴主體各關鍵構件的良好冷卻和長時間穩定工作；(4)本發明噴嘴采用雙路保護氣結構，分別由水冷空心圓柱體主體中心大圓柱形通孔、斜面反射鏡和空心錐形粉嘴中間大斜錐孔構成軸向保護氣通道以及由水冷空心圓柱體主體左側中間的1個直孔和空心錐形粉嘴左上部中間的1個對應小斜錐孔構成另一路保護氣體通道，確保了斜面反射鏡的良好防污染和濺射氣體保護以及激光熔覆熔池的良好惰性氣體保護；(5)本發明噴嘴上體采用雙層螺紋套筒結構，調節兩螺紋套筒的相對位置即可實現激光束離焦量的無級調節，也即匯聚粉末處激光束光斑大小和熔覆道寬度的無級調節；(6)本發明噴嘴采用上體和中間體分體結構，上體以可更換的螺紋活動筒的內螺紋實現與各種激光加工工作頭的過渡聯接。只要改變其直徑和螺距，本噴嘴即可方便地與任何激光加工工作頭實現連接。上體與中間體之間采用扣瓣聯接，實現垂直裝卸功能及精確定位。
(7)本發明噴嘴采用一粉末均分器將輸入粉末流均勻分成兩路，連接到噴嘴下主體空心圓柱體左側的兩個粉末流入口。
本發明噴嘴的適用領域為內側和外側垂直面送粉激光熔覆和激光合金化、預置粉激光熔覆和激光合金化、激光重熔和激光相變硬化等廣泛的應用領域。
本發明設計出一種針對垂直面激光熔覆的雙路對稱送粉的可調寬度的垂直裝卸的分體式送粉噴嘴，其實施例結合


如下本實施例的主要結構如圖1所示。本發明垂直面送粉激光熔覆噴嘴，由相互聯接的上體、中間體和下體三部分組成；噴嘴上體由內螺紋套筒11和外螺紋套筒12組成；噴嘴中間體21為過渡連接構件；噴嘴下體由水冷空心圓柱體主體31、斜面水冷反射鏡座33和反射鏡34以及空心錐形粉嘴36組成。上體和中間體采用扣瓣聯接，形成垂直裝卸功能。內螺紋套筒11為整個噴嘴與激光加工工作頭的聯接件，外螺紋套筒12和內螺紋套筒11組成離焦量和光斑大小調節機構。斜面反射鏡座33設置在空心圓柱體主體31的底部并與其相連，其上為反射鏡34；空心錐形粉嘴36設置在空心圓柱體31的左下部并同時與圓柱體31和斜面反射鏡座33相連。
水冷空心圓柱體主體31的中心大圓柱形通孔41、斜面反射鏡34和空心錐形粉嘴36的中間大斜錐孔42構成匯聚折彎激光束通道和軸向保護氣通道；水冷空心圓柱體主體31左側兩邊的2個直孔43和空心錐形粉嘴36左上部兩邊的2個小斜錐孔44構成兩路匯聚折彎粉末流通道；水冷空心圓柱體主體31左側中間的1個直孔48和空心錐形粉嘴左上部中間的1個小斜錐孔49構成另一路保護氣體通道；水冷空心圓柱體主體31右側的2個底部相通46的直孔45構成主體冷卻水通道；斜面反射鏡座36底部孔腔47為反射鏡冷卻水通道。
本實施例的功能及特點(1)本實施例主體包括水冷空心圓柱體主體31、位于圓柱體底部的斜面水冷反射鏡座33和反射鏡34以及位于左下部的空心錐形粉嘴36組成。水冷空心圓柱體主體中心大圓柱形通孔41、斜面反射鏡34和空心錐形粉嘴36中間大斜錐孔42構成匯聚激光束通道，并由斜面反射鏡34形成入射聚焦激光束的折彎功能；水冷空心圓柱體主體31左側兩邊的2個直孔43和空心錐形粉嘴左上部兩邊的2個對應小斜錐孔44構成兩路匯聚粉末流通道，并由空心錐形粉嘴左上部的小斜錐孔44形成粉末流的折彎和匯聚功能；折彎聚焦激光束與折彎匯聚粉末流匯聚于噴嘴外一空間點，形成本噴嘴的垂直面送粉激光熔覆功能；(2)本實施例特別采用兩路對稱送粉結構，由水冷空心圓柱體主體31左側兩邊的2個直孔43和空心錐形粉嘴左上部兩邊的2個對應小斜錐孔44構成，兩路對稱粉末流由各自的小斜錐孔44匯聚并相交于聚焦光束焦點，確保了垂直面送粉激光熔覆各方向的送粉均勻性和熔覆均勻性；
(3)本實施例采用雙路水冷卻結構，分別由水冷空心圓柱體主體31右側的2個底部相通46的直孔45構成主體冷卻水通道和斜面反射鏡座33底部的孔腔47構成反射鏡冷卻水通道，確保了本發明噴嘴主體各關鍵構件的良好冷卻和長時間穩定工作；(4)本實施例采用雙路保護氣結構，分別由水冷空心圓柱體主體31中心大圓柱形通孔41、斜面反射鏡34和空心錐形粉嘴36中間大斜錐孔42構成軸向保護氣通道以及由水冷空心圓柱體主體31左側中間的1個直孔48和空心錐形粉嘴左上部中間的1個對應小斜錐孔49構成另一路保護氣體通道，確保了斜面反射鏡的良好防污染和濺射氣體保護以及激光熔覆熔池的良好惰性氣體保護；(5)本實施例上體采用雙層螺紋套筒11和12結構，調節兩螺紋套筒的相對位置即可實現激光束離焦量的無級調節，也即匯聚粉末處激光束光斑大小和熔覆道寬度的無級調節；(6)本實施例采用上體和中間體分體結構，上體以可更換的螺紋活動筒11的內螺紋實現與各種激光加工工作頭的過渡聯接。只要改變其直徑和螺距，本噴嘴即可方便地與任何激光加工工作頭實現連接。上體與中間體21之間采用扣瓣聯接，實現垂直裝卸功能及精確定位。
(7)本發明噴嘴采用一粉末均分器將輸入粉末流均勻分成兩路，連接到噴嘴下主體空心圓柱體左側的兩個粉末流入口。
權利要求
1.一種垂直面送粉激光熔覆噴嘴，其特征是由相互聯結的上體、中間體和下體三部分組成，所說的下體包括水冷空心圓柱體主體、斜面水冷反射鏡座和反射鏡以及空心錐形粉嘴組成；其中，所說的斜面反射鏡座設置在空心圓柱體主體底部并與其相連，其上安置反射鏡；所說的空心錐形粉嘴設置在空心圓柱體左下部并同時與圓柱體和斜面反射鏡座用螺釘相連；所說的水冷空心圓柱體主體中心為一大圓柱形通孔，作為光束通道；在圓柱體主體端面開有5個直孔，左側3個，右側2個，其中左側兩邊的2個直孔為送粉通道，中間的孔為保護氣體通道；右側的2個孔底部相連，為冷卻水回路通道；所說的空心錐形粉嘴自右上至左下開4個斜錐孔，中間的大斜錐孔為光束通道，左上部的3個小斜錐孔的入口分別與空心圓柱體左側的3個直孔的出口對應，其中兩邊的2個小斜錐孔為粉末通道，其出口呈匯聚狀，使噴出的粉末匯聚成一束粉流，中間的小斜錐孔為閉環氣體通道；所說的斜面反射鏡座為斜面柱體，斜面上安置反射鏡，其斜面角度保證從圓柱體空心垂直入射的激光束經反射鏡反射后能從空心錐形粉嘴的中間大斜錐孔出去；斜面反射鏡座底部挖一孔腔，為水冷卻通道；所說的上體由外螺紋套筒和套于其內的活動內螺紋套筒組成；該外螺紋套筒為整個噴嘴與激光加工工作頭的聯接件，外螺紋套筒和內螺紋套筒組成光束離焦量即光斑大小和熔覆道寬度調節機構；中間體為兩端不同直接的圓筒體，一端直徑與上體相同，一端直徑與下體相同；上體和中間體之間采用扣瓣聯接，該扣瓣的扣固定在上體外螺紋套筒的下端，瓣固定在中間體的一端，構成本噴嘴的分體結構和垂直裝卸功能；所說上體內螺紋套筒下端可有一個凸臺，中間體的上端有一個凹槽，安裝時由它們實現精確定位；中間體和下體用螺紋連接。
全文摘要
一種垂直面送粉激光熔覆噴嘴，屬激光材料加工領域。本噴嘴由上體，中間體和下體三部分組成。本噴嘴采用雙路對稱送粉結構，確保垂直面送粉各方向的均勻性；采用雙路保護氣結構，確保激光熔覆熔池的良好惰性氣體保護。本噴嘴適用于內側和外側垂直面送粉激光熔覆和激光和合金化等領域。
文檔編號C23C24/08GK1390649SQ0212364
公開日2003年1月15日 申請日期2002年7月5日 優先權日2002年7月5日
發明者鐘敏霖, 劉文今, 李鳳生 申請人:清華大學