[发明专利]一种合适大送粉量的超高速激光熔覆喷嘴与熔覆工艺

说明书

本发明涉及超高速激光熔覆领域，提供了一种适合于大送粉量的高效超高速激光熔覆喷嘴与熔覆工艺。本发明专利主要解决超高速激光熔覆喷嘴，一般只能在较小送粉量与光斑直径下进行稳定的熔覆过程，造成单层熔覆厚度较薄，熔覆效率偏低的问题。本发明专利一种适合于大送粉量的高效超高速激光熔覆喷嘴与熔覆工艺主要由多个离散分布的送粉通道，水冷通道，密封圈、密封盖、喷嘴本体以及中间激光通道组成。本发明提供的这种适合大送粉量的高效超高速激光熔覆喷嘴与熔覆工艺，在一定工艺条件下能够实现单层熔覆厚度为1.5 mm。

技术领域

本发明涉及超高速激光熔覆领域，涉及一种单层熔覆厚度显著增加的大送粉量超高速激光熔覆喷嘴与熔覆工艺。

背景技术

超高速激光熔覆是一种金属增材制造技术，目前主要用于一些回转体件的表面强化处理，相比传统的激光熔覆，由于超高速激光熔覆是在空中形成粉末熔池，因此具备更高的熔覆效率，有利于高效的产业化推广应用。

超高速激光熔覆过程中，一般加热激光的反射或未熔粉末撞击基材的反射，将对喷嘴送粉尖端或喷嘴主体进行不断的加热，导致喷嘴内部的粉末流动性变差或喷嘴尖端位置烧损，影响熔覆喷嘴的粉末汇聚性，不利于高效的超高速激光熔覆过程进行。尤其，对于增大送粉量、激光功率与激光光斑直径，这种现象将更加明显。为了避免这些，一般主要采取较小的送粉量配合低的激光功率与光斑直径，进行超高速激光熔覆过程，但是却造成单层熔覆厚度薄，整体熔覆效率偏低的情况出现。因此设计一种适合于大送粉量，大激光功率与光斑直径的高效超高速激光熔覆喷嘴与工艺就有着紧迫且重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种增加单层熔覆厚度的大送粉量高效超高速激光熔覆喷嘴与熔覆工艺，该喷嘴与熔覆工艺能够有效的实现在较大粉斑直径与激光光斑直径的情况下，快速进行冷却散热并稳定长时间服役工作。

本发明提供的高效超高速熔覆喷嘴与熔覆工艺具体是这样实现的：

一种适合大送粉量的高效超高速激光熔覆喷嘴主要由喷嘴本体、冷却通道、送粉通道、密封圈、激光通道与密封盖组成，其特征在于：

所述喷嘴本体为圆周周期对称结构，为加快喷嘴在熔覆过程中的辐射散热，喷嘴本体外侧面设计为花瓣式棱状结构，增加与外部空气的接触面积，加快喷嘴的对流，辐射等散热；

所述送粉通道为普通铜管，以喷嘴中心线为轴，向喷嘴底部中心位置汇聚，均匀离散分布于喷嘴的圆周侧面；

所述冷却通道主要由圆锥孔、进水口、出水口、密封盖、密封圈与送粉通道装配形成的多个均匀离散分布于喷嘴圆周内的独立腔室；送粉管道贯穿圆锥孔，底部采用密封圈防止冷却液泄露，顶部采用密封盖封闭圆锥孔，并在其上开设送粉管道入口，冷却液体入口与出口，其接触位置采用密封圈防漏；

所述激光通道主要由喷嘴中心轴线顶部的圆柱孔与底部的圆锥孔组合形成；

进一步优选的，为保证在一定的时间内具有足够的粉末量进入熔池，并不发生送粉通道的堵塞现象，送粉管道的直径取值在1.5-2.5mm之间，送粉通道数量在5-8个之间；

进一步优选的，为保证流动的粉末在喷嘴底部的空间位置上具有较好的汇聚性，送粉管道的汇聚角α取值在40˚-70˚之间。

进一步优选的，为防止熔覆过程中，飞溅的未熔化粉末或反射的激光直接撞击在熔覆头底部送粉出口位置，造成送粉通道堵塞，一般粉斑汇聚点距离喷嘴送粉出口位置大于20~30mm。

进一步优选的，为保证冷却腔室对送粉通道的良好冷却，离散分布的圆锥形冷却孔的轴线与送粉管道的轴线基本重合；

进一步优选的，为保证包裹送粉管道的圆锥冷却孔内，在每个时刻都具有足够量的循环冷却液体进行降温，圆锥孔的顶部直径取值在10-20mm之间，底部密封圈安装位置直径取值在4-7mm之间。