一種應用於雷射材料加工的送粉工作頭的製作方法

2023-06-20 21:51:16

專利名稱：一種應用於雷射材料加工的送粉工作頭的製作方法
技術領域：
本實用新型是一種應用於雷射材料加工的送粉工作頭，主要應用於鈦、鈦合金、高 溫合金的同步雷射熔覆，也適合於填粉雷射焊接、雷射表面合金化等高能束材料加工技術 領域。
背景技術：
鈦及鈦合金材料具有密度小、比強度和比剛度高、耐腐蝕性好等優良的綜合性能， 另外，高溫合金材料具有優異的耐高溫、耐熱腐蝕、抗蠕變、抗疲勞等性能，以上材料已廣泛 應用於飛機結構材料、發動機材料以及其它宇航工業和軍事工業上，該類材料的質量以及 加工都具有較高的技術要求。雷射加工是一種嶄新的加工技術，與傳統的加工方法相比，雷射加工具有高能密 聚焦、易於操作、高柔性、高效率、高質量、節能環保等突出優點。雷射熔覆技術是利用高能 雷射束輻照，通過迅速熔化、擴展和凝固 ，在基材表面熔覆一層具有特殊物理、化學或力學 性能的材料，構成一種新的複合材料，以彌補基體所缺少的高性能，該技術可實現對鈦合 金、高溫合金材質的特殊工件進行強化與修復。在鈦合金以及高溫合金的雷射加工中，由於材料中存在Ti、Al等化學活性較高的 元素，在高溫條件下，會與氧氣、氫氣、氮氣等氣體發生反應，在材料中形成有害雜質或形成 間隙固溶體，對塗層或者接頭的性能造成不好的影響。而目前對於鈦合金、高溫合金等材 料雷射加工的保護裝置有採用真空裝置，或採用託罩裝置，但結構過於複雜，而且操作不方 便，保護氣體消耗過多。因此，提供一種結構簡單、成本低廉、保護效果優良的送粉工作頭對 鈦合金、高溫合金等材料雷射加工具有重要作用。

實用新型內容針對鈦合金、高溫合金等材料雷射加工的保護問題，本實用新型提供一種送粉工 作頭，該工作頭具有結構簡單、成本低廉等優點。為了實現上述目的，本實用新型採取了如下技術方案。該工作頭包括用來保護熔 池的主保護氣噴嘴和用來保護加工後的高溫區的尾罩部分。所述的主保護氣噴嘴包括頂 蓋、粉氣分離腔、主保護氣管、送粉管、匯聚頭、出粉嘴、噴嘴套和尾罩，所述的匯聚頭上設置 有匯聚頭中心層粉末通道及均勻分布在匯聚頭中心層粉末通道外周的截面為圓形的匯聚 氣通道，匯聚頭中心層粉末通道與匯聚氣通道不連通。其中頂蓋、粉氣分離腔、送粉管、匯聚 頭的匯聚頭中心層粉末通道和出粉嘴依次連接，形成粉末通道。在送粉管的外部布置有主 保護氣管，主保護氣管和送粉管之間形成一個用於保護氣通過的空腔，該空腔與匯聚頭的 匯聚氣通道相連通，噴嘴套與匯聚頭的末端相連接，噴嘴套和出粉嘴之間形成一與匯聚氣 通道相連通的空腔，這三個空腔形成用於主保護氣通過的主保護氣通道，頂蓋上設置有送 粉口，送粉口與粉氣分離腔相連通，主保護氣管設置有進氣口，進氣口與主保護氣通道相連 通。所述的尾罩設置在噴嘴末端，通過尾罩上部的圓形空腔套在主保護氣管的末端，並採用螺釘固定，在尾罩下部為一方形空腔，在尾罩下部方形空腔內設置有尾罩擋板，尾罩擋板將尾罩的方形空腔內部分成兩個空間，在尾罩擋板上均勻布有通氣孔，使尾罩內的兩部分空 間相連通，用來平穩氣流，在尾罩蓋上設置有尾保護氣進氣口，尾罩的出氣側為一斜面，該 斜面與主保護氣噴嘴部分軸線所成夾角為35 55度。所述的匯聚氣通道9的個數為5 12。所述的出粉嘴7的出粉口尺寸為0. 5 2毫米。本實用新型噴嘴送出的金屬粉末比較均勻，挺度較好，能對鈦、鈦合金、高溫合金 的雷射熔覆起到很好的保護效果，熔覆層缺陷較少。

圖1送粉工作頭結構圖圖2匯聚頭軸向剖面圖圖3圖2A-A剖面圖圖4本實用新型裝置立體圖圖中Q1、送粉口，Q2、主保護氣進氣口，Q3、尾保護氣進氣口，1、頂蓋，2、粉氣分離 腔，3、主保護氣管，4、送粉管，5、匯聚頭，6、噴嘴套，7、出粉嘴，8、匯聚頭中心層粉末通道，9、 匯聚氣通道，10、尾罩擋板，11、尾罩，12、尾罩蓋。
具體實施方式
以下結合附圖，對本實用新型做進一步的說明如圖1 圖3所示，該送粉工作頭，由保護熔池的主保護噴嘴和用來保護加工後的 高溫區的尾罩部分，其中主保護氣噴嘴部分主要由頂蓋1、粉氣分離腔2、主保護氣管3、送 粉管4、匯聚頭5、噴嘴套6、出粉嘴7等構成。匯聚頭5上設置有匯聚頭中心層粉末通道8 及均勻分布在匯聚頭中心層粉末通道外周的截面為圓形的5 12個匯聚氣通道9，匯聚氣 通道直徑大小為2 3mm。粉氣分離腔2的一端與頂蓋相連接，另一端與送粉管4螺紋連 接，送粉管4的末端與匯聚頭5的匯聚頭中心層粉末通道8螺紋連接。匯聚頭5的匯聚頭 中心層粉末通道8的末端與出粉嘴7採用螺紋連接，出粉嘴7的出粉口尺寸為0. 5 2mm。 頂蓋1上設置有送粉口 Q1，粉氣分離腔2、送粉管4、匯聚頭5的匯聚頭中心層粉末通道8、 出粉嘴7構成粉末通道，頂蓋1上設置有送粉口 Q1，送粉口 Ql與粉氣分離腔2相連通。在 送粉管4的外部布置有主保護氣管3，主保護氣管3和送粉管4之間形成一個用於保護氣通 過的空腔，噴嘴套6與匯聚頭的末端相連接，噴嘴套6和出粉嘴7之間形成一與匯聚氣通道 9相連通的空腔，這三個空腔形成用於主保護氣通過的主保護氣通道，主保護氣管3設置有 主保護氣進氣口 Q2，與主保護氣通道相連通。如圖4所示，尾罩部分設置在噴嘴末端，直接通過尾罩上部的圓形空腔套在主保 護氣管3上，並採用螺釘固定，由尾保護氣進氣口 Q3、尾罩擋板10、尾罩11、尾罩蓋12組成， 其中尾罩擋板10設置在尾罩內部，離尾保護氣進氣口 Q3距離10 20mm，採用螺釘和尾罩 11底側固定，在尾罩擋板10上均勻分布一些截面為圓形的氣流通道，用來平穩氣流，尾罩 出氣側所在底平面與主保護氣噴嘴部分軸線所成夾角為35 55度。將送粉工作頭安裝在雷射頭的固定架上，並調整送粉工作頭與光束的相對位置，以保證送粉噴嘴送出來的金屬粉末與雷射光束相吻合。送粉工作頭的送粉口 Ql接送粉器 設備，主保護氣進氣口 Q2接主保護氣，尾保護氣進氣口 Q3接尾保護氣。 在圖1中，粉氣分離腔2與送粉管4、送粉管4與匯聚頭5、匯聚頭5與出粉嘴7都 以螺紋連接。在工作時金屬粉末從送粉口 Ql進入粉氣分離腔2中，經送粉管4進入到匯聚 頭5中的匯聚頭中心層粉末通道8，後由出粉嘴7送出。主保護氣從主保護氣進氣口 Q2進 入到主保護氣管，經匯聚頭5的匯聚氣通道9，在進入噴嘴套6送出，對粉末進行匯聚並保 護雷射熔覆的熔池區域不被氧化。尾保護氣從尾保護氣進氣口 Q3進入到尾罩，經尾罩擋板 10而形成平穩的氣流，保護雷射熔覆後的高溫區域，通過調節主保護氣進氣口 Q2和尾保護 氣進氣口 Q3的 氣體流量大小使主保護氣和尾保護氣保持平穩。
權利要求一種應用於雷射材料加工的新型送粉工作頭，其特徵在於包括用來保護熔池的主保護氣噴嘴和用來保護加工後的高溫區的尾罩部分，所述的主保護氣噴嘴包括頂蓋(1)、粉氣分離腔(2)、主保護氣管(3)、送粉管(4)、匯聚頭(5)、噴嘴套(6)、出粉嘴(7)和尾罩(11)，所述的匯聚頭(5)上設置有匯聚頭中心層粉末通道(8)及均勻分布在匯聚頭中心層粉末通道外周的截面為圓形的匯聚氣通道(9)，匯聚頭中心層粉末通道(8)與匯聚氣通道(9)不連通；其中頂蓋(1)、粉氣分離腔(2)、送粉管(4)、匯聚頭(5)的匯聚頭中心層粉末通道(8)和出粉嘴(7)依次連接，形成粉末通道；在送粉管(4)的外部布置有主保護氣管(3)，主保護氣管(3)和送粉管(4)之間形成一個用於保護氣通過的空腔，該空腔與匯聚頭(5)的匯聚氣通道(9)相連通，噴嘴套(6)與匯聚頭的末端相連接，噴嘴套(6)和出粉嘴(7)之間形成一與匯聚氣通道(9)相連通的空腔，這三個空腔形成用於主保護氣通過的主保護氣通道，頂蓋(1)上設置有送粉口(Q1)，送粉口(Q1)與粉氣分離腔(2)相連通，主保護氣管(3)設置有主保護氣進氣口(Q2)，主保護氣進氣口(Q2)與主保護氣通道相連通；所述的尾罩(11)設置在噴嘴末端，通過尾罩(11)上部的圓型空腔，套在主保護氣管(3)的末端，並用螺釘固定，在尾罩(11)下部為一方型空腔，方型空腔內設置有尾罩擋板(10)，尾罩擋板(10)將尾罩(11)下部空腔分成兩個空間，在尾罩擋板(10)上均勻布有通氣孔，使尾罩內的兩部分空間相連通，在尾罩(11)底部的尾罩蓋上設置有尾保護氣進氣口(Q3)，尾罩(11)的出氣側為一斜面，該斜面與主保護氣噴嘴部分軸線所成夾角為35～55度。
2.根據權利要求1所述的一種應用於雷射材料加工的新型送粉工作頭，其特徵在於 所述的匯聚氣通道(9)的個數為5 12。
3.根據權利要求1所述的一種應用於雷射材料加工的新型送粉工作頭，其特徵在於 所述的出粉嘴(7)的出粉口尺寸為0. 5 2毫米。
4.根據權利要求1所述的一種應用於雷射材料加工的新型送粉工作頭，其特徵在於 所述的尾罩擋板(10)離尾保護氣進氣口(Q3)的距離10 20mm。
專利摘要本實用新型是一種應於雷射材料加工的送粉工作頭，應用於鈦、鈦合金、高溫合金的同步雷射熔覆。本實用新型包括用來保護熔池的主保護氣噴嘴和用來保護加工後的高溫區的尾罩部分。主保護氣噴嘴部分包括頂蓋、粉氣分離腔、主保護氣管、送粉管、匯聚頭、噴嘴套和出粉嘴等，尾罩部分設置在噴嘴末端，通過尾罩上部的圓型空腔，套在主保護氣管的末端，並採用螺釘固定，在尾罩下部為一方型空腔，在尾罩下部空腔內設置有尾罩擋板，在尾罩擋板上均勻分布有氣流通道，用來平穩氣流，尾罩出氣側所在底平面與主保護氣噴嘴部分軸線所成夾角為35～55度。本實用新型噴嘴送出的金屬粉末比較均勻，挺度較好，能對鈦、鈦合金、高溫合金的雷射熔覆起到很好的保護效果，熔覆層缺陷較少。
文檔編號B23K26/42GK201565725SQ200920246039
公開日2010年9月1日 申請日期2009年9月25日 優先權日2009年9月25日
發明者丁嘯, 劉華東, 楊膠溪, 雷麗 申請人:北京工業大學