一种超高冷却效果的环式同轴送粉激光熔覆喷嘴

本实用新型涉及激光熔覆技术领域，特别是涉及一种超高冷却效果的环式同轴送粉激光熔覆喷嘴。

背景技术：

激光熔覆技术是指通过高能量密度的激光束照射在基体材料表面上的金属熔覆粉末上，使其熔化产生熔池，经快速凝固后与基体材料成冶金结合的表面涂层，从而提高基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化等性能的工艺方法。广泛应用于汽车、航空、军事、石油、化工、医疗器械等领域。

在熔覆过程中激光熔覆设备中的激光熔覆喷嘴发挥着至关重要的作用，其作用是将激光、金属粉末和保护气三者进行整合，使激光光束与金属粉末中轴线在同一条轴上，同时将保护气限制在加工区域内，使得在加工过程中一直处于惰性气体的保护下，所以对于熔覆喷嘴具有较高的要求。

现有技术公开了一种同轴送粉式激光熔覆喷嘴，由内环喷嘴、外环喷嘴和连接件组成；内环喷嘴设置在外环喷嘴的内部，连接件设置在内环喷嘴和外环喷嘴的正上方。粉末从外环喷嘴与内环喷嘴之间的间隙流出，最终形成直径小于0.5mm的均匀汇聚粉斑。激光从内环喷嘴中部的激光通道中穿过照射于粉斑进行熔覆，保护性气体在粉斑周围形成保护气帘防止工件氧化。

其存在以下技术问题：外环喷嘴与内环喷嘴之间的间隙无法调节，只适用于精密熔覆，无法实现不同粒径的金属粉末的熔覆，难以精准控制金属粉末汇聚的斑点大小，金属粉末的利用率较低。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的是：提供一种超高冷却效果的环式同轴送粉激光熔覆喷嘴，可以精准控制金属粉末汇聚的斑点大小，能够适用于精密熔覆和普通熔覆，金属粉末的利用率高。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种超高冷却效果的环式同轴送粉激光熔覆喷嘴，包括内喷嘴与外喷嘴，外喷嘴可拆卸连接于内喷嘴，外喷嘴设有第一通孔，内喷嘴设于第一通孔内，内喷嘴中部设有激光通道，内喷嘴上端设有进粉口，内喷嘴外壁与外喷嘴内壁之间设有连通进粉口的送粉间隙，送粉间隙与激光通道之间距离由上至下逐渐缩小，内喷嘴与外喷嘴之间设有距离调节装置，距离调节装置用于调节送粉间隙大小。

进一步，外喷嘴螺纹连接于内喷嘴，距离调节装置包括螺钉，螺钉螺纹连接于内喷嘴，螺钉下端抵接于外喷嘴上端面。

进一步，送粉间隙上方设有送粉空腔，送粉空腔上下两端分别连通进粉口与送粉间隙。

进一步，送粉空腔内设有梯形凸块，梯形凸块的纵截面为梯形，梯形下底抵接于外喷嘴内壁，梯形上底与内喷嘴外壁之间留有空隙，梯形的一个腰与进粉口对应，梯形的另一个腰朝向送粉间隙。

进一步，梯形凸块设有多个，多个梯形凸块以内喷嘴为中心间隔布置于外喷嘴内壁。

进一步，内喷嘴侧壁设有第一冷却通道，第一冷却通道螺旋环绕于内喷嘴。

进一步，内喷嘴下端设有第一冷却空腔，第一冷却空腔与第一冷却通道连通。

进一步，外喷嘴侧壁设有第二冷却通道，第二冷却通道螺旋环绕于外喷嘴。

进一步，外喷嘴下端设有第二冷却空腔，第二冷却空腔与第二冷却通道连通。

进一步，内喷嘴上端设有减重空腔。

本实用新型具有如下优点：

通过距离调节装置来调节送粉间隙大小，可以使不同粒径的金属粉末通过送粉间隙，从而能够实现不同粒径的金属粉末的熔覆，可以精准控制金属粉末汇聚的斑点大小，既能够适用于精密熔覆，也能够适用于普通熔覆，金属粉末的利用率高。

附图说明

图1为本实用新型的立体结构示意图。

图2为本实用新型的剖视主视图。

图3为本实用新型的进粉口的示意图。

图4为图3的c部放大示意图。

附图标记说明：

1-内喷嘴；11-激光通道；121-第一进水口；122-第一进水螺旋通道；123-第一冷却空腔；124-第一出水螺旋通道；125-第一出水口；13-减重空腔；14-螺纹通孔；15-安装孔；16-进粉口；17-外螺纹；

2-外喷嘴；211-第二进水口；212-第二进水螺旋通道；213-第二冷却空腔；214-第二出水螺旋通道；215-第二出水口；22-梯形凸块；23-内螺纹；

3-螺钉；

4-送粉间隙；

5-送粉空腔。

具体实施方式

下面来对本实用新型做进一步详细的说明。

如图1～图4所示，一种超高冷却效果的环式同轴送粉激光熔覆喷嘴，包括内喷嘴1与外喷嘴2，外喷嘴2可拆卸连接于内喷嘴1，外喷嘴2设有第一通孔，内喷嘴1设于第一通孔内，内喷嘴1中部设有激光通道11，内喷嘴1上端设有进粉口16，内喷嘴1外壁与外喷嘴2内壁之间设有连通进粉口16的送粉间隙4，送粉间隙4与激光通道11之间距离由上至下逐渐缩小，内喷嘴1与外喷嘴2之间设有距离调节装置，距离调节装置用于调节送粉间隙4大小。

具体地，内喷嘴1与外喷嘴2均为圆锥形设置，激光通道11位于第一通孔中部。送粉间隙4为环锥形间隙。送粉间隙4上端连通进粉口16，送粉间隙4下端设有出粉口，金属粉末从内喷嘴1上端的进粉口16进入喷嘴外壁与外喷嘴2内壁之间的送粉间隙4，由于送粉间隙4与激光通道11之间距离由上至下逐渐缩小，送粉间隙4由上至下设置为由喷嘴外侧向喷嘴中心倾斜，因此送粉间隙4下端的出粉口也向喷嘴中心倾斜，当金属粉末从送粉间隙4中流出后会向激光通道11方向落下，汇聚于喷嘴下方的成型面上。激光器发出的激光从激光通道11通过，照射于成型面上的金属粉末进行熔覆。由于外喷嘴2可拆卸连接于内喷嘴1，内喷嘴1与外喷嘴2之间设有距离调节装置，因此通过距离调节装置来调节送粉间隙4大小，可以使不同粒径的金属粉末通过送粉间隙4，从而能够实现不同粒径的金属粉末的熔覆，可以精准控制金属粉末汇聚的斑点大小，既能够适用于精密熔覆，也能够适用于普通熔覆，金属粉末的利用率高。

外喷嘴2螺纹连接于内喷嘴1，距离调节装置包括螺钉3，螺钉3螺纹连接于内喷嘴1，螺钉3下端抵接于外喷嘴2上端面。

具体地，内喷嘴1设有螺纹通孔14，螺钉3螺纹连接于螺纹通孔14。外喷嘴2内壁设有内螺纹23，对应外喷嘴2的内螺纹23，内喷嘴1外壁设有外螺纹17，外喷嘴2与内喷嘴1螺纹连接。由于螺钉3下端抵接于外喷嘴2上端面，通过调节螺钉3突出于螺纹通孔14的长度，可以调节内喷嘴1与外喷嘴2之间距离。根据需要进行熔覆的金属粉末的粒径大小，首先相应设定好适当的螺钉3突出长度后，通过旋紧外喷嘴2与内喷嘴1之间的螺纹连接，便可在外喷嘴2与内喷嘴1之间得到大小合适的送粉间隙4，从而能够实现不同粒径的金属粉末的熔覆。

送粉间隙4上方设有送粉空腔5，送粉空腔5上下两端分别连通进粉口16与送粉间隙4。

送粉空腔5可以积累较多的金属粉末，能够保证熔覆过程中不会出现粉末断流的现象。

本实施例中，进粉口16设有3个，3个进粉口16间隔设于内喷嘴1上端且分别与送粉空腔5连通。

送粉空腔5内设有梯形凸块22，梯形凸块22的纵截面为梯形，梯形下底抵接于外喷嘴2内壁，梯形上底与内喷嘴1外壁之间留有空隙，梯形的一个腰与进粉口16对应，梯形的另一个腰朝向送粉间隙4。

具体地，金属粉末从进粉口16落入送粉空腔5中，受到与梯形凸块22对应的腰的撞击时被进一步打散，减少了金属粉末成为团块的机率，熔覆效果更好。由于梯形下底抵接于外喷嘴2内壁，梯形上底与内喷嘴1外壁之间留有空隙，被打散的金属粉末从梯形上底与内喷嘴1外壁之间的空隙中向下流动。由于梯形的另一个腰朝向送粉间隙4，因此，在梯形另一个腰的引导下，金属粉末能够顺利地到达并通过送粉间隙4，最后从出粉口流出。

梯形凸块22设有多个，多个梯形凸块22以内喷嘴1为中心间隔布置于外喷嘴2内壁。

多个梯形凸块22的设置使得从进粉口16落入的金属粉末能够被更均匀地分散，并在多个梯形凸块22的引导下更有效地通过送粉间隙4并最终从出粉口流出。

本实施例中，梯形凸块22数量为18个。

内喷嘴1一侧设有冷却源，内喷嘴1侧壁设有第一冷却通道，第一冷却通道两端分别与冷却源连通形成回路，第一冷却通道螺旋环绕于内喷嘴1。

冷却源用于为第一冷却通道提供冷却介质。螺旋环绕于内喷嘴1的第一冷却通道能够有效冷却内喷嘴1，延长了内喷嘴1的使用寿命。

本实施例中，冷却源的冷却介质为水，内喷嘴1上端设有第一进水口121与第一出水口125，冷却源通过第一进水口121与第一出水口125分别与第一冷却通道两端连通。冷却源也可以使用外部的冷却源，以便能够提供更大容量和更低温度的冷却介质，提高冷却效果。

第一冷却通道包括依次连接的第一进水螺旋通道122与第一出水螺旋通道124。通过第一进水螺旋通道122与第一出水螺旋通道124的共同作用，对内喷嘴1的冷却效果更好。

内喷嘴1下端设有第一冷却空腔123，第一冷却空腔123与第一冷却通道连通。

由于内喷嘴1下端靠近熔覆工件，工作温度较高，因此通过在内喷嘴1下端设置与第一冷却通道连通的第一冷却空腔123，增加了冷却介质与内喷嘴1下端的的接触面积，提高了对内喷嘴1下端的冷却力度，有效延长了内喷嘴1的使用寿命。

外喷嘴2侧壁设有第二冷却通道，第二冷却通道两端分别与冷却源连通形成回路，第二冷却通道螺旋环绕于外喷嘴2。

螺旋环绕于外喷嘴2的第二冷却通道能够有效冷却外喷嘴2，延长了外喷嘴2的使用寿命。

本实施例中，外喷嘴2侧壁设有第二进水口211与第二出水口215，冷却源通过第二进水口211与第二出水口215分别与第二冷却通道两端连通。

第二冷却通道包括依次连接的第二进水螺旋通道212与第二出水螺旋通道214。通过第二进水螺旋通道212与第二出水螺旋通道214的共同作用，对外喷嘴2的冷却效果更好。

外喷嘴2下端设有第二冷却空腔213，第二冷却空腔213与第二冷却通道连通。

由于外喷嘴2下端靠近熔覆工件，工作温度较高，因此通过在外喷嘴2下端设置与第二冷却通道连通的第二冷却空腔213，增加了冷却介质与外喷嘴2下端的的接触面积，提高了对外喷嘴2下端的冷却力度，有效延长了外喷嘴2的使用寿命。

内喷嘴1上端设有减重空腔13。

设置减重空腔13能够减少内喷嘴1的重量，有效减轻移动喷嘴的移动负担，提升了装置的灵活性。

本实施例中，减重空腔13数量为3个，3个减重空腔13环绕激光通道11，均匀布设于内喷嘴1上端，减重效果好且结构均衡。

内喷嘴1侧壁设有凸缘，凸缘上均匀设有用于连接外部设备的安装孔15，安装孔15数量为4个。

工作过程：

先将环式同轴送粉激光熔覆喷嘴通过内喷嘴1凸缘上的4个安装孔15安装在外部连接板上，外部连接板上连接激光头，再将外部水冷机的水冷出水口连接内喷嘴1的第一进水口121，内喷嘴1的第一出水口125连接外喷嘴2的第二进水口211，外喷嘴2的第二出水口215连接水冷机的水冷进水口，最终形成一个循环的冷却水路通道，然后使金属粉末在惰性气体的作用下从3个进粉口16进入送粉空腔5，金属粉末被18个梯形凸块22均匀分散后从环锥形的送粉间隙4中喷出，最终汇聚于喷嘴下方一点，通过调节螺钉3来改变送粉间隙4的大小，选择适合的出粉效果，最后打开激光进行熔覆。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。