专利名称：一种激光粉末焊接送粉喷嘴的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种送粉喷嘴，尤其涉及激光粉末焊接技术的同步侧向送粉喷嘴，属于激光加工技术领域。
背景技术：
激光粉末焊接利用激光做热源，激光束经导光系统聚焦在工件材料表面的接缝处，形成一非常小的熔池，同时将事先合金化或机械方法混合后的粉末通过一送粉喷嘴注入到激光熔池中，并通过激光束对工件的扫描，粉末合金材料和基体材料同时熔化，冷却凝固即形成焊缝，将两块分离的工件连成一个整体。
采用激光粉末焊接方法降低了激光焊接对工件焊前坡口准备和接头装配精度的要求，同时由于粉末材料的熔化并熔入到母材，向工件接缝处加入最小量的热量，有助于消除焊缝热影响区的裂纹，改善焊缝的冶金特性，提高焊接接头的机械性能。
在采用填充粉末的激光焊接方法的过程中，采用激光垂直对准焊缝，旁轴同步侧向送粉的方式，适合多种不同材料结构形式的灵活加工，尤其是对于板材的T型焊接，采用这种加工方式粉末输送可控性好，加工范围几乎不受激光头结构限制，加工方便且焊接质量可靠。但是，侧向送粉要求输送的粉末束流具有足够挺度，能使粉末能够均匀连续的送进熔池；同时由于激光光斑直径很小，将粉末束流的准确送进熔池也是一个非常重要的问题，一方面它直接影响到焊缝的表面及内在质量，另一方面也关系到粉末材料的利用率。因此，提供一种合适激光粉末焊接的送粉喷嘴对提高焊缝质量和焊接效果以及降低激光焊接加工成本具有非常重要的意义。
目前已有的送粉喷嘴，多为圆管式单层送粉喷嘴，粉末束流在喷嘴出口附近即呈发散状态，无法聚集到激光熔池中，粉末利用率低，根本不能用于激光粉末焊接中；专利号为ZL01246911.4提出的送粉喷嘴以及专利号为ZL98207175.2提出的一种汇聚粉末束的喷粉装置，为双层或多层管道结构，一定程度上提高了粉末束流的挺度，但是，在将粉末束流的准确送进熔池方面还是存在不足。
实用新型内容本实用新型的目的就是在于克服现有技术缺陷，提供一种激光粉末焊接用送粉喷嘴，利用这种送粉喷嘴使输送的粉末束流同时具有较高的直线挺度及对准精度，从而提高激光粉末焊接过程中的加工质量，也大大提高粉末的利用率，降低激光粉末焊接的加工成本。
为达到上述目的，本实用新型所设计的送粉喷嘴采用图1所示结构，它包括粉末腔3、设置在粉末腔下方的保护气腔4和送粉管6、保护气腔4下端的保护气管7，及设置在粉末腔3外壁的侧向粉末入口9、设置在保护气腔4外壁的保护气入口8，在粉末腔3顶盖的中心位置设置有通过导线外接直流电源的激光指示器2；保护气腔4内部为一漏斗形腔体，腔体内设置有定位轮5，送粉管6通过设置在定位轮中心的定位孔53定位，激光指示器2发出的可见激光与送粉管6同轴。
本实用新型所述的激光指示器2设置在在粉末腔3顶盖的中心位置，并通过导线外接直流电源，在粉末腔3顶盖内，激光指示器2出光孔附近设置有一石英窗口10，保护激光指示器2在送粉喷嘴工作过程中不受粉末玷污；本实用新型所述粉末腔3外部设置有一侧向粉末入口9，内部为一漏斗形腔体，腔体下端螺纹联接送粉管6；本实用新型所述保护气腔4外部设置有一保护气入口8，内部为一漏斗形腔体，腔体内壁攻有螺纹，与定位轮5联接，腔体下端螺纹联结保护气管7。保护气从保护气入口8进入腔内，经定位轮5的通气孔，在漏斗形腔体内得以整流。
本实用新型所述定位轮5设计为一双轮轴结构，通过设置在上下轮外侧的螺纹装入保护气腔4内，下轮开有均匀分布的环形通气孔，在保护气入口8与保护气管7形成气流通道。定位轮中心设置有定位孔，送粉管6在保护气腔4内部通过定位轮5的定位中心孔实现定位，保证送粉管6与保护气管7同轴。
本实用新型所述的送粉管6，内径设计为1.5～3mm，保护气管7内径设计为3～6mm，在保护气腔4的下端，从而形成同轴双层管道，内管为送粉管6，用于粉末束流的输送，内外管道之间则形成环状间隙，用于保护气的输送。
采用上述结构后，本实用新型在工作时，激光指示器2发出可见激光，直线传播，通过粉末腔3及送粉管6，照射在工件材料表面，通过调节送粉喷嘴的空间位置，就能够快捷的将送粉喷嘴对准焊缝，从而在焊接过程中使粉末束流精确对准激光熔池。
激光焊接填充用金属粉末利用送粉载气从粉末入口9送入送粉喷嘴粉末腔3，并通过送粉管6形成粉末束流，输送到工件材料表面；保护气从保护气入口8送入送粉喷嘴保护气腔4，通过定位轮5下轮的环形通气孔，并经过漏斗形气道整流后进入保护气管7与送粉管6之间的环状间隙中，从而形成一管状气幕。这样，保护气送出送粉喷嘴后在粉末束流周围的管状气幕对粉末束流产生拘束作用，粉末束流在管状气幕内被整流成为直线状束流，提高了粉末束流的的挺度。激光粉末焊接过程中，在有效范围内，可使粉末束流对准和送入激光熔池，大大提高粉末的利用率，同时改善了焊接后工件表面粘粉现象。
图1本实用新型激光粉末焊接送粉喷嘴结构示意图2-指示激光3-粉末腔4-保护气腔5-定位轮6-送粉管7-保护气管8-保护气入口9-粉末入口10-石英窗口图2图1中定位轮5结构示意图51-上轮52-下轮53-定位孔54-通气孔图3本实用新型在激光粉末焊接加工中工作示意图1-本实用新型激光粉末焊接送粉喷嘴20-激光束21-焊缝22-工件具体实施方式
参照图1本实用新型主要由激光指示器2，粉末腔3，保护气腔4，定位轮5，送粉管6及保护气管7构成。
激光指示器2可采用常用的微型He-Ne激光指示器或者是能发出红色，绿色或其他颜色的可见激光的小功率半导体激光器，通过导线外接直流电源。
粉末腔3内部为一漏斗形腔体，下端联接送粉管6，外部设置有一侧向粉末入口9。粉末通过送粉入口9送入粉末腔内时，沿漏斗形腔体内壁做螺旋下降运动，使粉末在腔体内部得以分散和匀化。
保护气腔4内部为一漏斗形腔体，外部设置有一保护气入口8，外侧上端攻有螺纹，与粉末腔3下端联接，保护气腔4内侧设置有螺纹，与定位轮5联结，腔体下端连接保护气管7。
粉末腔3与保护气腔4通过螺纹连接。
送粉管6内径为2mm，保护气管内径为5mm，在保护气腔4下部形成一同轴双层管道，内外管道间隙为0.5mm。
参照图2定位轮5为一双轮轴结构，上轮51及下轮52外侧分别攻有螺纹，下轮52开有4个均匀分布的环形通气孔54，通气孔54宽1mm。定位轮5中心设置有定位孔53，孔径与送粉管6外径间隙配合，保证送粉管6中心定位。
图3为本实用新型在激光粉末焊接中的一个工作示意图。在激光粉末焊接工程中，先接通指示激光电源，指示激光通过送粉管照射在工件22表面，调节送粉喷嘴1的位置，使指示激光光斑对准焊缝21。加载粉末及从保护气输送，激光20在工件22材料坡口处形成熔池，粉末束流就可以准确地填充到熔池中，形成焊缝21。
权利要求1.一种激光粉末焊接送粉喷嘴，包括粉末腔(3)、设置在粉末腔下方的保护气腔(4)和送粉管(6)、保护气腔(4)下端的保护气管(7)，及设置在粉末腔(3)外壁的侧向粉末入口(9)、设置在保护气腔(4)外壁的保护气入口(8)，其特征在于在粉末腔(3)顶盖的中心位置设置有通过导线外接直流电源的激光指示器(2)；保护气腔(4)内部为一漏斗形腔体，腔体内设置有定位轮(5)，送粉管(6)通过设置在定位轮中心的定位孔(53)定位，激光指示器(2)发出的可见激光与送粉管(6)同轴。
2.根据权利要求1所述的一种激光粉末焊接送粉喷嘴，其特征在于激光指示器(2)以螺纹形式与粉末腔(3)的顶盖连接，并且在激光指示器(2)出光孔附近设置有一石英窗口(10)。
3.根据权利要求1所述的一种激光粉末焊接送粉喷嘴，其特征在于所述定位轮(5)为一双轮轴结构，保护气入口(8)正对定位轮(5)的上轮(51)、下轮(52)与保护气腔(4)之间形成的空腔，下轮(52)上开有均匀分布的环形通气孔(54)。
4.根据权利要求3所述的一种激光粉末焊接送粉喷嘴，其特征在于通气孔(54)宽0.5～2mm。
5.根据权利要求1或3所述的一种激光粉末焊接送粉喷嘴，其特征在于定位轮(5)通过设置在上轮(51)、下轮(52)外侧的螺纹装入腔体内部攻有螺纹的保护气腔(4)内。
6.根据权利要求1所述的一种激光粉末焊接送粉喷嘴，其特征在于所述的粉末腔(3)内部为一漏斗形腔体，与其下端送粉管(6)通过螺纹连接。
7.根据权利要求1所述的一种激光粉末焊接送粉喷嘴，其特征在于所述的保护气管(7)与保护气腔(4)螺纹连接，送粉管(6)与保护气管(7)同轴，在保护气腔(4)的下端形成同轴双层管道，内管为送粉管(6)，内外管道之间形成环状间隙。
8.根据权利要求7所述的一种激光粉末焊接送粉喷嘴，其特征在于送粉管(6)内径为1.5～3mm，保护气管(7)内径为3～6mm。
专利摘要本实用新型涉及一种激光粉末焊接送粉喷嘴，属于激光加工技术领域。它主要包括粉末腔(3)、保护气腔(4)、送粉管(6)和保护气管(7)。在粉末腔顶盖中心位置还设置有激光指示器(2)，保护气腔内设置有定位轮(5)，定位轮为一双轮轴结构，中心设置有定位孔，下轮开有均匀分布的环行通气孔，送粉管及保护气管在保护气腔下端形成同轴双层管道，内管为送粉管，用于粉末输送，内外管道之间则形成环状间隙，用于保护气的输送。采用该送粉喷嘴，保护气通过同轴双层管道的环状间隙形成管状气幕，提高了粉末束流的挺度，调节激光指示器的光斑位置，可快捷的将粉末束流对准和送入激光熔池，提高粉末的利用率，改善焊缝质量。
文档编号B23K26/00GK2838759SQ20052011236
公开日2006年11月22日 申请日期2005年7月8日 优先权日2005年7月8日
发明者陈继民, 阳建华, 胡治华 申请人:北京工业大学