[發明專利]用于激光熔覆的螺旋形氣粉通道預混合式噴頭

無效

• 申請號: 201310004163.2
• 申請日: 2013-01-07
• 公開（公告）號: CN103215587A
• 公開（公告）日: 2013-07-24
• 發明（設計）人: 張翀昊;柳岸敏;黃佳欣;黃和芳;張祖洪;楊健
• 申請（專利權）人: 張翀昊
• 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: 孫仿衛;李艷

技術領域

本發明涉及一種用于激光熔覆的螺旋形氣粉通道預混合式噴頭，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1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1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1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螺旋形氣粉通道預混合式噴頭。

為了達到以上目的，本發明采用的技術方案是：一種用于激光熔覆的螺旋形氣粉通道預混合式噴頭，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上端與粉末添加裝置相連接的粉末通道、多個上端與保護氣體添加裝置相連接的氣體通道、位于粉末通道和氣體通道下方的混合通道，混合通道的上端與粉末通道下端和氣體通道下端相連通，混合通道的下端貫穿噴頭下表面，混合通道呈漏斗形，且其垂直于中央通道中心軸的截面為環形，粉末通道和氣體通道均呈螺旋形，且二者數量相同并彼此間隔排列并繞中央通道的中心軸均勻分布。

進一步地，粉末通道的上端口為粉末通道的入口，氣體通道的上端口為氣體通道的入口，多個粉末通道的入口的中心點在同一水平面上，設為第一平面，多個氣體通道的入口的中心點在同一水平面上，設為第二平面，第一平面與第二平面可以重合，也可以不重合。

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d₁，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4d₁；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d，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4d。?

進一步地，粉末通道和氣體通道的旋轉角位移為170°～280°。

更進一步地，粉末通道和氣體通道的入口處的尺寸大于出口處的尺寸。

進一步地，混合通道在中央通道中心軸方向上的高度為5cm～8cm。

更進一步地，混合通道的中心軸與中央通道的中心軸相重合。

本發明用于激光熔覆的螺旋形氣粉通道預混合式噴頭，粉末和保護氣體噴射出進入混合通道進行混合，原有的直線形的粉末通道和氣體通道設計成螺旋形，粉末與保護氣體混合更均勻，再從混合通道底端的環形口噴射出噴頭形成粉末流場，粉末流場在繞軸向360°內呈完全對稱分布，流場整體均勻性大大提高，粉末流場更加集中、密度增大，并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。

附圖說明

附圖1為現有技術中的噴頭的剖面結構示意圖；?