[實用新型]一種用于激光熔覆成形的光、粉、氣同軸輸送裝置

無效

• 申請號: 201020022781.1
• 申請日: 2010-01-09
• 公開（公告）號: CN201574192U
• 公開（公告）日: 2010-09-08
• 發明（設計）人: 傅戈雁;石世宏;郭開波;劉秀波;孫承峰
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 陶海鋒

技術領域

本實用新型涉及激光加工成形領域，具體涉及一種用于激光熔覆成形的光、粉、氣同軸輸送裝置。

背景技術

在現有技術中，金屬材料同步送粉激光熔覆成形制造由專門的激光熔覆噴頭完成，其方法和結構可參照歐洲專利WO2005028151、日本專利JP2005219060等，其基本原理為光束居中，金屬粉末包圍輸送的方案，將激光器發出的圓柱形激光束聚焦成實心圓錐形激光束，加工表面置于焦點附近，在實心的圓錐形激光束外圍布置多個相對光束軸線傾斜的粉末噴粉嘴，由多個噴粉嘴中噴射出的多根粉束的匯聚點正好也置于焦點附近。聚焦光斑和粉束都相對工件作二維或三維的掃描運動，金屬粉末被不斷實時添加到聚焦光斑中實現熔覆并凝固而形成熔道，并逐步堆積成形。在熔覆過程中，還有一個重要的工藝環節，就是需要不斷地由噴頭內向下方噴射出一定壓力的惰性保護氣體，這是因為在熔覆過程中熔池的上方會產生較多的熱氣流和粉塵等飛濺物，熱氣流與飛濺物可能順著光路上升進而污染噴頭內的光學鏡片，造成輸出功率下降和發熱等故障，嚴重時甚至會引起鏡片炸裂。另外，在熔池表面也覆蓋上一層惰性保護氣體保護熔池，使激光熔覆成形過程能夠持續進行的必要措施。

現有的同步送粉激光熔覆以及保護氣噴射方法如下：實心激光束聚焦于工件的表面，多根粉束包圍激光束外圍并相對激光束軸線傾斜布置，并在匯聚工件表面的聚焦光斑附近匯聚。為防止熱氣流與飛濺物上升進入噴頭內部和污染光路上方的鏡片，設置了保護氣沿光束朝下噴射。由于保護氣與傾斜布置的粉束不平行，當氣壓過大時將會吹開粉束，因此保護氣只能采用較小的氣壓，但氣壓過小不能有效壓制上升的熱氣流與飛濺物，也不能對工件表面的熔池形成有效保護，因此在粉束的外圍又加上一圈保護氣，與保護氣組成雙層保護氣。然而現有方案存在較大的不足，粉末的軌跡為匯聚一發散的拋物面，當粉束噴出粉管時，粉末失去了管壁的約束，不同粒度和形狀的粉粒運動參數將發生波動，粉粒在空中的運動軌跡和落點也會不一致，這些都造成粉粒跌落區域范圍較大，匯聚精度很難穩定，粉束剛性差，易發散。從粉末中間噴射的保護氣使粉束往外擴散，而保護氣使粉束往內擴散，故雙層保護氣存在壓力相互協調的問題，其大小調節控制非常敏感，粉束精確匯聚困難。由于進入熔池的粉末量不穩定，噴灑在熔池旁邊的粉末在熔池凝固后未熔或未熔透，造成成形表面的物理和幾何缺陷。熔覆實踐證明，雙層保護氣在噴頭附近的形成的氣流一般都是紊流，加工時粉末四處飛濺，粉末利用率極低，環境污染很大。

綜上可知，目前在激光熔覆成形制造過程中對保護氣的使用存在較大的不足，極大的制約了激光熔覆成形制造的發展。

發明內容

本實用新型目的是提供一種用于激光熔覆成形的光、粉、氣同軸輸送裝置，通過對結構的改進，實現了光、粉、氣同軸輸送，解決了現有技術中保護氣使用存在的不足。

為達到上述目的，本實用新型采用的技術方案是：一種用于激光熔覆成形的光、粉、氣同軸輸送裝置，包括一送粉噴頭筒體，所述筒體上方開設有入光口，其下方開設有出光口，所述筒體內面對入光口設有圓錐反射鏡，與所述圓錐反射鏡相對并同軸設有圓環形反射聚焦鏡，所述圓錐反射鏡下方固定設有送粉管，所述送粉管下端連接有一噴粉嘴，所述噴粉嘴與射入的激光束同軸，所述噴粉嘴外圍、位于所述圓錐反射鏡與所述噴粉嘴出口處之間設有準直保護氣套。

上述技術方案中，所述準直保護氣套沿圓周方向上開設有至少4個圓形出氣孔，所述圓形出氣孔孔徑為0.4～1.5mm，所述圓形出氣孔的軸線與所述噴粉嘴的軸線平行。

另一種技術方案，所述準直保護氣套沿圓周方向上開設有至少3個圓弧形出氣孔，所述圓弧形出氣孔寬度為0.4～1.5mm，所述圓弧形出氣孔的長度方向與所述噴粉嘴的軸線平行。