一种旁轴送粉装置的制作方法

本实用新型涉及激光增材制造、激光熔覆和激光热喷涂技术领域，尤其涉及一种旁轴送粉装置。

背景技术：

现代高端装备的核心关键零部件大部分是运动部件，磨损、腐蚀、疲劳等原因造成了核心关键零部件的频繁损伤甚至失效，威胁设备长期可靠运行，造成大量昂贵的核心关键零部件报废，从而造成巨大的经济损失、资源浪费以及能源浪费。

一方面，传统耐磨抗蚀镍基合金涂层制备设备，由于使用的镍基粉末尺寸大、硬度大、熔点高等特点，在涂层制备过程中，存在粉末颗粒熔化不良的问题，导致制备的涂层存在易开裂、致密度低等缺点而不能满足生产需要。

另一方面，传统的涂层加工设备，存在热输入量控制精确度低、加工效率低和污染严重等问题，导致基体受热过多而变形严重，从而使得制备的镍基合金涂层因开裂严重而导致耐蚀抗磨性能恶化。因此，亟待提供一种制备镍基材料涂层的新工艺来满足实际生产需求，解决镍基合金涂层在制备过程中开裂倾向大而导致耐磨抗蚀性能恶化的问题。

但是，目前市场上常用的激光喷涂设备，无论是同轴送粉或旁轴送粉实质上都是粉包裹着激光的光外送粉。由于光外送粉会造成激光和粉末的作用时间较短，会存在对送粉喷嘴的加工精度以及对粉末的利用率较低等问题

技术实现要素：

本实用新型提供一种旁轴送粉装置，通过优化送粉腔与光束腔之间的夹角实现粉末在光斑中心点汇聚，使得激光束的能量大部分用于加热熔化和加速飞行中的粉末粒子，并且可以实现超高速激光熔覆形成冶金结合涂层，避免了基体被过度加热而大幅降低稀释率，减小了基体变形量和稀释率，可以大幅度提高粉末利用率和加工效率，保证涂层的有效成分不受基体材料的影响从而提高涂层的耐蚀抗磨效果。

本实用新型提供的具体技术方案如下：

本实用新型提供的一种旁轴送粉装置包括装置本体和固定在所述装置本体上的连接装置，其中，所述连接装置用于将所述旁轴送粉装置与其他部件相固定，所述装置本体上设置有送粉腔，所述送粉腔与竖直面之间的夹角为5°～45°。

可循的，所述装置本体上设置有呈倒锥形结构的激光光束通道，在所述激光光束通道的单侧设置有所述送粉腔，所述送粉腔与所述激光光束通道之间的夹角为5°～45°；所述送粉腔为柱形结构且所述送粉腔的截面中心线和所述激光光束通道的截面中心线的汇聚点在同一个平面内。

可选的，所述激光光束通道的横截面为半圆形结构或半方形结构，所述送粉腔包括多跟并排设置的柱形送粉管。

可选的，所述柱形送粉管的总数为奇数，所述柱形送粉管位于中间位置的为中心送粉管，位于所述中心送粉管两侧的所述柱形送粉管为侧边送粉管，所述侧边送粉管的出口与所述中心送粉管的出口之间的距离小于所述侧边送粉管的入口与所述中心送粉管的入口之间的距离。

可选的，所述侧边送粉管的中心线与所述中心送粉管的中心线之间的夹角为5°～30°。

可选的，所述柱形送粉管由4段直径均不相同的柱形管总成，并且自上向下所述柱形管的直径依次递减。

可选的，所述装置本体包括装置中心体和固定在所述装置中心体一侧的侧盖，其中，所述送粉腔沿所述侧盖和所述装置中心体之间的拼接面分布。

可选的，所述柱形送粉管为拼接分体结构，所述柱形送粉管包括相互拼接配合的左管体和右管体，其中，所述左管体位于所述装置中心体相对所述侧盖的端面，所述右管体位于所述侧盖相对所述装置中心体的端面。

可选的，所述送粉腔的外侧设置有冷却腔，所述连接装置设置在所述装置本体的上端，所述连接装置上设置有连接法兰盘，所述连接法兰盘用于与其他部件相固定，所述激光光束通道贯穿所述装置本体和所述连接装置。

可选的，所述装置本体的侧面固定有冷却腔盖，所述冷却腔盖和所述装置主体相互配合形成所述冷却腔，所述冷却腔盖上设置有冷却管安装孔，所述连接装置包括固定在所述装置本体上的底座、固定在所述底座上的连接法兰、分别固定在所述装置本体和所述冷却腔盖上的端盖，所述端盖上设置有送粉头安装孔，所述送粉头安装孔与所述柱形送粉管相连通。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型实施例提供一种旁轴送粉装置包括装置本体和固定在装置本体上的连接装置，其中，装置本体上设置有呈倒锥形结构的激光光束通道，在激光光束通道的单侧设置有送粉腔，送粉腔与激光光束通道之间的夹角为5°～45°，也即激光光束方向与送粉腔的送粉方向之间的夹角为5°～45°，在该夹角范围内的激光光束方向与送粉腔的送粉方向相互配合使得激光束的能量大部分用于加热熔化和加速飞行中的粉末粒子，只有极少量的光束能量会加热基体，避免了基体被过度加热而大幅降低稀释率，减小了基体变形量和稀释率，可以大幅度提高粉末利用率和加工效率，保证涂层的有效成分不受基体材料的影响从而提高涂层的耐蚀抗磨效果，并且该夹角范围内的激光光束方向与送粉腔的送粉方向相互配合可以实现超高速激光熔覆加工并在基材表面形成强冶金结合的涂层，提高涂层和基材之间的结合强度和激光熔覆效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例的一种旁轴送粉装置的等轴侧结构示意图；

图2为本实用新型实施例的一种旁轴送粉装置的另一等轴侧结构示意图；

图3为本实用新型实施例的一种旁轴送粉装置的正视结构示意图；

图4为本实用新型实施例的一种旁轴送粉装置的仰视结构示意图；

图5为本实用新型实施例的一种旁轴送粉装置的前视结构示意图；

图6为本实用新型实施例的一种旁轴送粉装置的俯视结构示意图；

图7为本实用新型实施例的图6中的a-a向剖视结构示意图；

图8为本实用新型实施例的图6中的b-b向剖视结构示意图；

图9为本实用新型实施例的一种装置本体的正视结构示意图；

图10为本实用新型实施例的一种装置本体的俯视结构示意图；

图11为本实用新型实施例的图9中的c-c向剖视结构示意图；

图12为本实用新型实施例的图10中的d-d向剖视结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

下面将结合图1～图12对本实用新型实施例的一种旁轴送粉装置进行详细的说明。

参考图1、图2和图3所示，本实用新型实施例提供的一种旁轴送粉装置包括装置本体1和固定在装置本体1上的连接装置2，其中，连接装置2用于将本实用新型实施例的旁轴送粉装置与其他部件相固定，示例的，本实用新型实施例的旁轴送粉装置的装置本体1通过连接装置2固定在激光熔覆装置或者激光喷熔设备上。

参考图1、图6和图7所示，装置本体1上设置有呈倒锥形结构的激光光束通道3，在激光光束通道3的单侧设置有送粉腔4，送粉腔4与激光光束通道3之间的夹角为5°～45°。具体的，送粉腔4与激光光束通道3之间的夹角可以为参考图7所示的夹角a，夹角a是送粉腔4的中心线与激光光束通道3的右端面之间的夹角，夹角a也可以是送粉腔4的中心线与激光光束通道3所在的竖直面之间的夹角。通过大量的实验和实践表明，只有当送粉腔4与激光光束通道3之间的夹角为5°～45°才可以保证该旁轴送粉装置可以用于实现超高速激光熔覆。

参考图7、图9、图11和图12所示，本实用新型实施例的送粉腔4为柱形结构且送粉腔4的截面中心线和激光光束通道3的截面中心线的汇聚点在同一个平面内。参考图1、图4、图6、图7、图9、图11和图12所示，送粉腔4由多根并排设置的柱形送粉管401组成，其中，由于每一根柱形送粉管401都是沿竖直方向上倾斜设置，而激光光束通道沿竖直方向上竖直设置，进而每一根柱形送粉管401的中轴线都会与激光光束通道3的中轴面相交，并且所有柱形送粉管的中轴线与激光光束通道的中轴面之间的交点均在同一个水平面内，也即所有柱形送粉管的中轴线与激光光束通道的中轴面之间的交点在同一个水平面内形成一个饼状结构，进而可以在激光光束通道内光束的汇聚点处形成粉饼包覆，并且送粉腔出口形成的粉饼具有一定的直径进而可以在激光光束汇聚点的上方与激光光束汇聚，使得激光束在抵达基体表面之前与粉饼接触，保证激光束的能量大部分用于加热熔化和加速飞行中的粉末粒子，只有极少量的光束能量会加热基体，避免了基体被过度加热而大幅降低稀释率，减小了基体变形量和稀释率，可以大幅度提高粉末利用率和加工效率，保证涂层的有效成分不受基体材料的影响从而提高涂层的耐蚀抗磨效果。

示例的，参考图7、图8、图9和图12所示，装置本体1的截面为一个半扇形结构，其中，送粉腔4的截面中心线(也即每一根柱形送粉管的中轴线)和激光光束通道3的截面中心线(也即激光光束通道的宽度方向上的中轴面与宽度方向上的中轴面之间的交线)分别与该扇形结构所在圆的不同半径线重合，也即送粉腔4和激光光束通道3均沿该扇形结构所在圆的半径方向设置，进而无论送粉腔4沿激光光束通道3宽度方向上分布的送粉管的数量和激光光束通道3的宽度如何变化均可以保证激光光束的汇聚点与送粉腔的汇聚点分布在同一个平面内，但是送粉腔出口形成的粉饼具有一定的直径进而可以在激光光束汇聚点的上方与激光光束汇聚，使得激光束在抵达基体表面之前与粉饼接触，保证激光束的能量大部分用于加热熔化和加速飞行中的粉末粒子，只有极少量的光束能量会加热基体，避免了基体被过度加热而大幅降低稀释率，减小了基体变形量和稀释率，可以大幅度提高粉末利用率和加工效率，保证涂层的有效成分不受基体材料的影响从而提高涂层的耐蚀抗磨效果。

参考图1、图2、图3、图8和图9所示，激光光束通道3的横截面为半圆形结构或半方形结构，也即激光光束通道3是一个敞开的半开口结构，激光光束可以沿着激光光束通道3的内壁向下汇聚在一点。柱形送粉管401的主体可以是圆柱形送粉管或者棱柱形送粉管，示例的，柱形送粉管401的可以至三棱柱或者四棱柱结构，本实用新型实施例对此不作限定，但是，柱形送粉管401的主体横截面形状相同，也即需要保证柱形送粉管401靠近激光光束汇聚点的部分需要在其长度方向上管径均匀分布，以保证粉末在到达激光光束汇聚点前均匀流通。

参考图1、图2、图3、图8、图9和图10所示，本实用新型实施例的激光光束通道3为倒立设置的锥形结构，其中，激光光束通道的锥度为1:10～1:5，优选的，激光光束通道的锥度为15:114，其中，锥度指的是大端半径与小端半径的差值与高度之间的比值。在该锥度下激光光束与粉饼之间的作用时间最长，粉末的利用率最高、基体稀释率最低且涂层的冶金结合强度。

参考图1、图2、图3、图9、图10、图11和图12所示，本实用新型实施例的柱形送粉管401的总数为奇数，柱形送粉管401位于中间位置的为中心送粉管4011，位于中心送粉管4011两侧的柱形送粉管为侧边送粉管4012，侧边送粉管4012的出口与中心送粉管4011的出口之间的距离小于侧边送粉管4012的入口与中心送粉管4011的入口之间的距离，也即并排设置的多跟柱形送粉管401的出粉方向向中心位置汇聚，进而可以保证送粉腔的送粉效果。参考图11所示，侧边送粉管4012的中心线与中心送粉管4011的中心线之间的夹角b为5°～30°，该夹角范围内的送粉腔具有最好的汇聚效果，配合送粉腔和激光光束通道之间的夹角可以保证超高速激光熔覆的喷涂效果。

参考图4、图7、图8、图9、图11和图12所示，本实用新型实施例的柱形送粉管401由4段直径均不相同的柱形管总成，并且自上向下柱形管的直径依次递减，其中，直径最小的柱形管的长度最长。

参考图1、图2、图3、图6、图7所示，本实用新型实施例的旁轴送粉装置在装置本体1的外侧设置有冷却腔5，冷却腔5为倾斜设置的矩形内腔，矩形内腔的侧壁上设置有冷却液循环管安装孔6，冷却液循环管安装孔6用于安装冷却液循环管实现本实用新型实施例的旁轴送粉装置的快速冷却。

参考图1～图12所示，本实用新型实施例提供的旁轴送粉装置为了降低装置本体的加工难度，采用相互拼接固定的分体式结构。具体的，参考图1、图3、图4、图6、图7、图8、图9、图10、图11和图12所示，本实用新型实施例提供的装置本体1包括装置中心体101和固定在装置中心体101一侧的侧盖102，其中，送粉腔4沿侧盖102和装置中心体101之间的拼接面分布。

其中，参考图9、图10、图11和图12所示，本实用新型实施例的装置中心体101、侧盖102分开单独加工之后，可以采用螺钉或者螺栓相互安装固定。同时，采用分体式结构的装置本体1是为了降低柱形送粉管401组成的送粉腔的加工难度。参考图7、图9、图10、图11和图12所示，柱形送粉管401为拼接分体结构，柱形送粉管401包括相互拼接配合的左管体4013和右管体4014，其中，左管体4013位于装置中心体101相对侧盖102的端面，右管体4014位于侧盖102相对装置中心体101的端面。

也即，参考图7、图8、图9、图10、图11和图12所示，柱形送粉管401分为相互拼接配合的左右两部分，可以在装置中心体101的拼接面上加工柱形送粉管401的一半，在侧盖的拼接面上加工柱形送粉管401的剩余部分，进而相互拼接之后形成一个完整的柱形送粉管401。由于柱形送粉管401是一个倾斜设置的细管，如果不采用拼接结构其加工难度极高，甚至无法加工出合格的柱形送粉管，采用分体式结构的柱形送粉管实现柱形送粉管的分体加工，可以极大程度的降低柱形送粉管的加工难度，并提高柱形送粉管的加工精度。

参考图1、图2、图3、图4和图5所示，本实用新型实施例的旁轴送粉装置采用顶部安装固定方式，其连接装置2设置在装置本体1的上端，也即连接装置2固定在装置本体1的上部，其中，连接装置2可以与装置中心体101一体成型或者分体加工，并且，连接装置2可以焊接固定在装置中心体101的上部或者采用螺纹连接或螺栓连接固定在装置中心体101上。参考图1、图2、图7和图8所示，连接装置2上设置有连接法兰201，连接法兰201用于与其他部件相固定，激光光束通道3贯穿装置本体1和连接装置2。

参考图1、图7、图8所示，送粉腔4的外侧设置有冷却腔5，装置本体1的侧面固定有冷却腔盖501，冷却腔5,是冷却腔盖501和装置本体1相互拼接形成的冷却液循环空间，参考图1和图7所示，冷却腔盖501采用螺栓或者螺钉固定在装置本体1上，可以降低冷却腔室的加工难度。示例的，左冷却腔5均为矩形腔室。连接装置2包括固定在装置本体上的底座202、固定在底座202上的连接法兰201、分别固定在装置本体1和冷却腔盖501上的端盖203，端盖203上设置有送粉头安装孔204，送粉头安装孔204与柱形送粉管401相连通。送粉头安装孔204用于安装和连接外部送粉头。外部送粉头7可以采用螺纹连接安装在送粉头安装孔204内。

本实用新型实施例提供一种旁轴送粉装置包括装置本体和固定在装置本体上的连接装置，其中，装置本体上设置有呈倒锥形结构的激光光束通道，在激光光束通道的单侧设置有送粉腔，送粉腔与激光光束通道之间的夹角为5°～45°，也即激光光束方向与送粉腔的送粉方向之间的夹角为5°～45°，在该夹角范围内的激光光束方向与送粉腔的送粉方向相互配合使得激光束的能量大部分用于加热熔化和加速飞行中的粉末粒子，只有极少量的光束能量会加热基体，避免了基体被过度加热而大幅降低稀释率，减小了基体变形量和稀释率，可以大幅度提高粉末利用率和加工效率，保证涂层的有效成分不受基体材料的影响从而提高涂层的耐蚀抗磨效果，并且该夹角范围内的激光光束方向与送粉腔的送粉方向相互配合可以实现超高速激光熔覆加工并在基材表面形成强冶金结合的涂层，提高涂层和基材之间的结合强度和激光熔覆效率。

本实用新型实施例提供一种旁轴送粉装置，由于其激光光束通道为开口结构，并没有将激光光束限定死在该通道中，激光光束通道仅仅为激光光束提供一个指导作用，进而相对激光光束可以实现任意角度的送粉，不仅可以实现超高速激光熔覆，还可以实现普通激光熔覆，工作方式灵活且适应性广泛。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型实施例进行各种改动和变型而不脱离本实用新型实施例的精神和范围。这样，倘若本实用新型实施例的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。