[发明专利]一种三维空间任意方向熔覆喷头

说明书

本发明涉及了一种三维空间任意方向熔覆喷头，包括喷头主体和形成在所述喷头主体端部上的喷嘴口，所述喷头主体内设置有供熔覆材料通过的熔覆通道，所述熔覆通道与喷嘴口连通以通过喷嘴口将所述熔覆材料送出，所述三维空间任意方向熔覆喷头上还包括设置在所述喷头主体上以在所述喷头主体外围形成防护气帘并通过防护气帘将位于所述喷头主体外围的熔覆材料吹散/隔离的防护气帘形成组件。本发明提供的三维空间任意方向熔覆喷头，当该三维空间任意方向熔覆喷头在大角度倾斜和立仰面熔覆或空间连续变换方位时支撑架的内腔中的聚焦镜不受到损坏，保障了熔覆的稳定与可靠性，实现了±180°立体空间全方位任意方向熔覆。

技术领域

本发明涉及一种三维空间任意方向熔覆喷头，属于激光加工领域。

背景技术

同步送料激光熔覆是金属合金增材制造的一种主要方法。激光熔覆一般将激光束聚焦并投射到基体的加工基面上形成工作光斑，同时将熔覆材料同步投送到工作光斑中，随着熔覆喷头作扫描运动，投入到加工基面上移动的工作光斑中的熔覆材料不断熔化、凝固并形成连续的熔道。

在激光熔覆过程中，熔覆喷头一般要求始终向下垂直于基体的加工基面，当基面的倾斜角越大，熔覆喷头的倾斜角也就越大，熔覆喷头在空间喷射出的熔覆材料与聚焦光束的耦合效果会变差，倾斜的高温熔池也越容易流淌甚至滴落，另外，同步喷射的熔覆材料一般只有一部分进入熔池熔化，一部分被熔池表面反弹，还有一部分喷射在熔池以外的熔覆材料在加工基面上被反弹，一般熔覆喷头的工作倾斜角越大，反弹飞溅的熔覆材料就越容易进入位于熔覆喷头下方的支撑架的内腔中，特别对于处在大倾斜角加工位和仰面位置进行熔覆作业的熔覆喷头，飞溅的熔覆材料将直接进入支撑架的内腔中，当熔覆材料接触到聚焦镜或者粘附到聚焦镜上后，会使聚焦镜被污染并发热，使聚焦性能降低或丧失，造成严重的后果。

由于激光熔覆熔池内的高温熔体当加工基面倾斜角太大时会流淌或滴落以及熔覆材料溅落会损坏支撑架的内腔中的聚焦镜，故至今激光熔覆的加工基面通常都只能处于水平面或小角度倾斜面。然而，在实际应用中，复杂零构件的成形，大悬垂、扭曲、封闭件的3D成形，不便搬移和拆卸的大型装备零构件在线原位修复等，都会出现不同的空间倾斜面甚至立仰面，需要熔覆喷头有更大的倾斜角和空间自由度，实现±180°任意方位无死角熔覆、3D成形或修复作业。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种三维空间任意方向熔覆喷头，当该三维空间任意方向熔覆喷头连续变换方位时,位于喷头主体外围的熔覆材料被吹散/隔离，从而使熔覆材料不会落到支撑架的内腔中的聚焦镜上而损坏聚焦镜，保障了熔覆的稳定与可靠性，实现了±180°立体空间全方位任意方向熔覆。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种三维空间任意方向熔覆喷头，所述三维空间任意方向熔覆喷头包括喷头主体和形成在所述喷头主体端部上的喷嘴口，所述喷头主体内设置有供熔覆材料通过的熔覆通道，所述熔覆通道与喷嘴口连通以通过喷嘴口将所述熔覆材料送出，所述三维空间任意方向熔覆喷头上还包括设置在所述喷头主体上以在所述喷头主体外围形成防护气帘并通过防护气帘将位于所述喷头主体外围的熔覆材料吹散/隔离的防护气帘形成组件。

进一步地，所述防护气帘形成组件具有用以喷射形成防护气帘的喷射口，所形成的防护气帘与所述喷嘴口的中心轴线之间的夹角大于零。

进一步地，所述防护气帘形成组件所形成的防护气帘与所述喷嘴口的中心轴线趋向于垂直或垂直。

进一步地，所述防护气帘形成组件包括设置在所述喷头主体上的筒体和设置在所述筒体上的罩体，所述筒体与罩体之间设置有间隙以形成防护气帘的气流通道，所述喷射口位于所述气流通道的端部。

进一步地，所述筒体包括套设在所述喷头主体上的第一环形部和自所述第一环形部的外圆面向外突伸形成的第二环形部，所述罩体与第一环形部的外圆面、第二环形部的上端面之间围设形成所述气流通道，所述第二环形部的上端面与罩体的下表面之间具有间隙以形成所述喷射口。