一种激光熔覆头的制作方法

本发明涉及特种加工领域，尤其涉及一种激光熔覆头。

背景技术：

激光熔覆可以在金属工件表面获得一层具有特定性能的保护层，大幅度提高工件的耐磨性能、抗腐蚀性能、抗氢脆性能等，可大幅度提高关键零部件的使用寿命。激光熔覆通常采用同轴送粉方式，该送粉方式柔性好，可以对具有复杂表面的零部件进行激光熔覆。当粉体受到高功率密度的激光作用时，会产生等离子体，等离子体和微细粉末的混合物会以极高的速度向镜片方向运动，导致聚焦镜的污染，污染后的聚焦镜继续经过激光作用后，会导致镜片的烧蚀损坏。通常，可以在聚焦镜下方再放置保护镜片来防止聚焦镜的烧蚀，然而，保护镜片同样会烧蚀破坏，中国专利“用于激光熔覆的同轴喷头(申请号201210293222.8)”提出了一种保护气路来防止保护镜片的污染，然而，采用该种结构时，由保护气体入口喷出的保护气体并不能很好的从保护气路的另一端排出，其中有很大一部分会从加工嘴喷出，从而干扰同轴送粉气流，导致送粉的不稳定而影响熔覆效果。

技术实现要素：

本发明目的是：提供一种激光熔覆头，以定量供给保护气体以及定量排出保护气体的方式，在最大程度上保证了保护气流不会干扰送粉气流，保证了激光熔覆的稳定性。

本发明的一种技术方案是：一种激光熔覆头，包括排气气路、套筒、聚焦镜、保护镜、加工头、压缩空气气路、气体中心、混粉气路、信号传输系统和工控机，所述聚焦镜、保护镜和加工头自上而下依次安装在套筒内，所述加工头中央开设有上下贯穿的中央通道，所述加工头的侧壁开设有分别与中央通道相连通的的气嘴孔、锥形孔及多个粉末通道，中央通道于锥形孔下方设有环形挡圈，加工头的下端部安装有熔覆嘴，所述气嘴孔处设有与之配合的气嘴，上述压缩空气气路连设于该气嘴与上述气体中心之间，且压缩空气气路上沿气体中心向气嘴的方向依次安装有第一气阀和第一气体流量计；上述混粉气路连设于上述粉末通道与上述气体中心之间，且混粉气路沿气体中心向粉末通道的方向依次安装有第三气阀和混粉器；上述排气气路连设于锥形孔处，且排气气路沿锥形孔向外的方向依次安装有第二气阀、第二气体流量计和排气系统，上述排气系统、第二气体流量计、第二气阀、第一气体流量计、第一气阀、气体中心、混粉器和第三气阀通过信号传输系统与工控机相连。

进一步的，所述气嘴孔的轴线与锥形孔的轴线重合，气嘴孔的直径与锥形孔外壁部的直径相等，锥形孔内壁部的直径是锥形孔外壁部直径的3～5倍。这样可以保证气嘴喷出的压缩空气发散后，正好流动到锥形孔内壁孔，从而被排气气路很好的排出。

再进一步的，所述环形挡圈的内孔为孔径上大、下小的锥形孔，可以防止熔覆头下腔体气流的扰动，从而进一步防止镜片保护气路的气流干涉保护气体和粉末组成的混合气流，提高激光熔覆质量。

更进一步的，所述中央通道包括第一腔和位于第一腔下方并与第一腔相连通的第二腔，所述第一腔为圆柱形，所述第二腔呈漏斗形，且第一腔的底端口径等于第二腔的顶端口径。多个粉末通道位于中央通道的壁与加工头的外壁之间，且绕所述第一腔体的中心轴均匀分布，各粉末通道从上至下自加工头的外壁向中央通道的外壁倾斜设置，且各粉末通道的倾斜角度相同。这样有效的防止了粉末被冲入中央通道而造成的危险性，同时形成均匀对称的粉末流场。

使用时，激光束正对聚焦镜的中心，激光束透过聚焦镜和保护镜后，穿过加工头的中央通道及其内环形挡圈的内孔，并与从粉末通道喷射出的粉末混合，再穿过熔覆嘴到达待熔覆的工件表面。

本发明的优点是：

1.本发明以定量供给保护气体以及定量排出保护气体的方式，在最大程度上保证了保护气流不会干扰送粉气流，保证了激光熔覆的稳定性。

2.本发明中气嘴孔的轴线与锥形孔的轴线重合，气嘴孔的直径与锥形孔外壁孔的直径相等，同时锥形孔内壁孔的直径是锥形孔外壁孔直径的3～5倍，可以保证气嘴喷出的压缩空气发散后，正好流动到锥形孔内壁孔，从而被排气气路很好的排出。

3.本发明中排气气路和压缩空气气路各设有气体流量计，通过调节排气系统的排气速度和压缩空气的压力，使两个气体流量计显示的气体流量相等，可以保证由压缩空气气路和排气气路组成的镜片保护气路不会干扰加工头外面的空气流动状态，从而保证在激光熔覆时，熔覆嘴喷出的由保护气体和粉末组成的混合气流尽可能少的受到镜片保护气路的影响，提高了激光熔覆的质量。

4.本发明中环形挡圈的内孔为锥形孔，可以防止熔覆头下腔体气流的扰动，从而进一步防止镜片保护气路的气流干涉保护气体和粉末组成的混合气流，提高激光熔覆质量。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明中结构示意图；

图2为本发明中加工头的结构示意图；

图3为本发明中环形挡圈的结构示意图。

其中：1排气系统；2气体流量计；3气阀；4排气气路；5套筒；6激光束；7聚焦镜；8保护镜；9加工头；91气嘴孔；92锥形孔；93气道；94锥形孔外壁部；95锥形孔内壁部；96中央通道；97第一腔体；98第二腔体；10气嘴；11气体流量计；12气阀；13压缩空气气路；14气体中心；15环形挡圈；151内孔；16熔覆嘴；17工件；18混粉器；19气阀；20混粉气路；21信号传输系统；22工控机。

具体实施方式

实施例：如图1所示，一种激光熔覆头，包括排气气路4、套筒5、聚焦镜7、保护镜8、加工头9、压缩空气气路13、气体中心14、混粉气路20、信号传输系统21和工控机22，所述聚焦镜7、保护镜8和加工头9自上而下依次安装在套筒5内，所述加工头9中央开设有上下贯穿的中央通道96，所述加工头9的侧壁开设有分别与中央通道96相连通的的气嘴孔91、锥形孔92及多个粉末通道93，中央通道96于锥形孔91下方设有环形挡圈15，加工头9的下端部安装有熔覆嘴16，所述气嘴孔91处设有与之配合的气嘴10，上述压缩空气气路13连设于该气嘴91与上述气体中心14之间，且压缩空气气路13上沿气体中心向气嘴的方向依次安装有第一气阀12和第一气体流量计11；上述混粉气路20连设于上述粉末通道3与上述气体中心14之间，且混粉气路20沿气体中心向粉末通道3的方向依次安装有第三气阀19和混粉器18；上述排气气路4连设于锥形孔92处，且排气气路4沿锥形孔92向外的方向依次安装有第二气阀3、第二气体流量计2和排气系统1，上述排气系统1、第二气体流量计2、第二气阀3、第一气体流量计11、第一气阀12、气体中心14、混粉器18和第三气阀19通过信号传输系统21与工控机22相连。

本实施例中，所述气嘴孔91的轴线与锥形孔92的轴线重合，气嘴孔91的直径与锥形孔外壁部94的直径相等，锥形孔内壁部95的直径是锥形孔外壁部94直径的3～5倍。这样可以保证气嘴喷出的压缩空气发散后，正好流动到锥形孔内壁孔，从而被排气气路很好的排出。

本实施例中，所述环形挡圈15的内孔151为孔径上大、下小的锥形孔，可以防止熔覆头下腔体气流的扰动，从而进一步防止镜片保护气路的气流干涉保护气体和粉末组成的混合气流，提高激光熔覆质量。

本实施例中，所述中央通道96包括第一腔97和位于第一腔97下方并与第一腔97相连通的第二腔98，所述第一腔97为圆柱形，所述第二腔98呈漏斗形，且第一腔97的底端口径等于第二腔98的顶端口径。多个粉末通道93位于中央通道96的壁与加工头9的外壁之间，且绕所述第一腔体97的中心轴均匀分布，各粉末通道3从上至下自加工头9的外壁向中央通道96的外壁倾斜设置，且各粉末通道3的倾斜角度相同。这样有效的防止了粉末被冲入中央通道而造成的危险性，同时形成均匀对称的粉末流场。

本发明的具体实施过程为：利用工控机开启第三气阀19，从而连通混粉气路20；打开第二气阀3，从而连通排气气路4；打开第一气阀12，从而连通压缩空气气路13；控制工控机22给压缩空气气路13提供压缩空气，同时启动排气系统1，调节供气压力和排气系统1的排气功率，使气体流量计4和气体流量计11显示的气体流量相等；控制工控机22给混粉气路23提供保护气体，并使混粉器18处于工作状态。打开激光器，激光束6正对聚焦镜7的中心，激光束6透过聚焦镜7和保护镜8后，穿过加工头9的中央通道及其内环形挡圈15的内孔151，并与从粉末通道喷射出的粉末混合，再穿过熔覆嘴16到达待熔覆的工件17表面。

本发明由压缩空气气路13、排气气路4以及开设有锥形孔的环形挡圈15构成的防溅射镜片保护系统，可以在最大程度上保护镜片，防止气流干扰送粉气流，保证了激光熔覆的稳定性。另外，采用本发明的激光熔覆头后，聚焦镜和保护镜片的使用寿命得到大幅度提高。

本发明可用于同轴送粉激光熔覆系统，也可以用于激光3D打印。所述的激光束6可以为光纤激光、CO2激光或者YAG激光。

以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。除上述实施例外，本发明还可以有其它实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求保护的范围之内。