[發明專利]一種用于高速激光熔覆的小角度環形送粉噴嘴

在審

• 申請號: 202111495581.7
• 申請日: 2021-12-08
• 公開（公告）號: CN114164427A
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 徐連勇;王耀偉;韓永典;趙雷;郝康達;荊洪陽
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 北京瑞盛銘杰知識產權代理事務所(普通合伙) 11617
• 代理人: 李績

本發明公開一種用于高速激光熔覆的小角度環形送粉噴嘴，包括激光通道、冷卻水槽、送粉通道入口、錐形送粉流道、激光出口和環形送粉出口，小角度環形送粉噴嘴的主體內腔自上而下設置有所述激光通道和激光出口；小角度環形送粉噴嘴的主體上開設有所述冷卻水槽，開設于小角度環形送粉噴嘴主體上的送粉通道入口與錐形送粉流道相連，所述錐形送粉流道的末端與環形送粉出口連通，所述環形送粉出口位于所述激光出口的周向；所述錐形送粉流道與小角度環形送粉噴嘴軸線之間的傾斜角度為12°—17°。小角度環形送粉噴嘴改變了噴嘴與工件之間的工作距離，使得粉末顆粒最大程度被激光束加熱，從而真正的實現高速激光熔覆。

技術領域

本發明涉及激光熔覆技術領域，特別是涉及一種用于高速激光熔覆的小角度環形送粉噴嘴。

背景技術

許多工業設備的零部件必須長期服役于磨損或者腐蝕的環境下，如煤機的液壓桿件、汽車剎車盤、高鐵車軸以及軋輥等，現在常用的方法是在零件表面采用電鍍工藝或者熱噴涂工藝在零部件表面制造一層耐磨或者耐腐蝕的涂層。但是電鍍鉻屬于高污染行業，對人體健康和環境都危害極大。在綠色環保制造的背景下，高污染的電鍍鉻等工藝被取代是勢在必行的。而熱噴涂工藝是將涂層材料加熱熔化，用高速氣流將其霧化成極細的顆粒，并以很高的速度噴射到工件表面，形成涂層。這種工藝制造的涂層與基體難以形成冶金結合，在零部件服役條件下特別容易脫落。另外熱噴涂制造的涂層孔隙率也比較高。

激光熔覆是利用高能量密度的激光束作為熱源熔化添加到基材表面的粉末或者絲材，在基材的表面制造一層耐磨或者耐腐蝕的涂層。激光熔覆工藝制造的涂層致密、孔隙率低，且涂層與基體之間為冶金結合。但是激光熔覆在熔覆過程中，激光大量的熱作用于基材會導致基材被過度的熔化，嚴重甚至會引起基材的變形。另外，常規的激光熔覆速度約在0.1～1.2m/min之間，效率較低，這也極大限制激光熔覆的應用。

高速激光熔覆就是在傳統激光熔覆的基礎上采用環形的送粉噴嘴，讓粉末在激光束正下方匯聚，匯聚點位于基材的上方，粉末在進入熔池之前就被激光束熔化或者半熔化，從而實現提高熔覆效率，實現高速熔覆。高速激光熔覆的熔覆速度可以達到最高200m/min，極大的提高了熔覆效率。同時高速激光熔覆制造的涂層孔隙率低，并且能夠與基材形成冶金結合。高速激光激光熔覆技術有望取代電鍍鉻或者噴涂在軸類零件表面熔覆一層耐磨或者耐腐蝕的涂層。實現高速激光熔覆很大程度上取決于送粉噴嘴的結構。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供一種高速激光熔覆的小角度環形送粉噴嘴，小角度環形送粉噴嘴改變了噴嘴與工件之間的工作距離，使得粉末顆粒最大程度被激光束加熱，從而真正的實現高速激光熔覆。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

本發明提供一種用于高速激光熔覆的小角度環形送粉噴嘴，包括激光通道、冷卻水槽、送粉通道入口、錐形送粉流道、激光出口和環形送粉出口，小角度環形送粉噴嘴的主體內腔自上而下設置有所述激光通道和激光出口；小角度環形送粉噴嘴的主體上開設有所述冷卻水槽，開設于小角度環形送粉噴嘴主體上的送粉通道入口與錐形送粉流道相連，所述錐形送粉流道的末端與環形送粉出口連通，所述環形送粉出口位于所述激光出口的周向；所述錐形送粉流道與小角度環形送粉噴嘴軸線之間的傾斜角度為12°—17°。

優選地，小角度環形送粉噴嘴的材質為紫銅。

優選地，所述送粉通道入口設置于小角度環形送粉噴嘴主體的外壁上，所述送粉通道入口處可外接氣動接頭。

優選地，所述送粉通道入口與錐形送粉流道之間設置有混粉腔。

優選地，所述混粉腔的末端與所述錐形送粉流道之間還設置有勻粉流道。

優選地，所述冷卻水槽位于所述送粉通道入口的頂部，所述冷卻水槽為環形冷卻水槽，環形冷卻水槽的頂部設置有進水口和出水口。

優選地，小角度環形送粉噴嘴的頂部對稱開設有螺紋孔，螺紋孔用于實現噴嘴和激光熔覆頭之間的連接。