CN111690929B - 一种激光熔覆头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光熔覆头，包括喷头本体，所述喷头本体为两端开口的中空柱体结构，所述喷头本体的内腔上端和下端分别为连通的柱形空腔和锥形空腔，所述喷头本体的下端开口小于上端，所述喷头本体的上端密封连接有聚光透镜，喷头本体上设置有粉料通道和保护气体通道，所述的粉料通道包括主通道和多个进料通道，所述的喷头本体上设置有用于切换进料通道与主通道相通的切换装置。本发明多个进料通道能够单独开启，实现多种粉料的轮替加注，从而根据熔覆需求，实现不同粒径粉料加注的快速切换，且实现不停机的粉料加注更换，保证加工的连续性。
Description
技术领域
本发明涉及激光熔覆技术领域，具体为一种激光熔覆头。
背景技术
激光熔覆技术，是指利用高能激光束在基材表面熔化所添加材料，形成一层与基材呈冶金结合的高性能熔覆层。激光熔覆成套设备价格不菲，熔覆材料成本成为需重点考虑的问题，制备价廉性优熔覆层成为该项技术获得广泛应用的关键。Fe基熔覆粉末价格优势明显，但其耐蚀性有待提高。VC增强Fe基复合激光熔覆层具有较佳的耐磨性，但其耐蚀性相对较差。通过合金化方式可提高Fe基体腐蚀电位，但由此带来粉末成本的增加。通过调控粉末粒径与熔覆工艺细化熔覆层组织，可明显提高VC/Fe熔覆层耐蚀性与强韧性。但是在进行激光熔覆时，现有的喷头仅有一个进粉通道，即加工时仅能同时容纳单种粉料加注，不利于在熔覆过程中更换粉料，即更换不同粒径的粉料，因此需要研发一种能够在熔覆过程中，可随时更换加注粉料的激光熔覆头。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种激光熔覆头，使其可以在熔覆过程中更换粉料。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种激光熔覆头，包括喷头本体，所述喷头本体为两端开口的中空柱体结构，所述喷头本体的内腔上端和下端分别为连通的柱形空腔和锥形空腔，所述喷头本体的下端开口小于上端，所述喷头本体的上端密封连接有聚光透镜，喷头本体上设置有粉料通道和保护气体通道，所述的粉料通道包括主通道和多个进料通道，所述的喷头本体上设置有用于切换进料通道与主通道相通的切换装置。
为了既能使粉料分散得更均匀，又使粉料能聚集到激光照射区域，所述的多个进料通道为设置在喷头本体的柱形内腔的侧壁中多组环形的粉料加注槽，所述喷头本体的柱形内腔的侧壁上沿轴向密封滑动安装遮挡环，所述遮挡环的圆周壁设置贯穿孔，喷头本体的侧壁内部设置活塞腔，所述活塞腔内密封滑动设置柱形活塞，所述柱形活塞通过连接杆与遮挡环固定连接，所述活塞腔的一端设置与外部气源连通的进气通道，所述活塞腔的另一端设置有透气孔且与柱形活塞之间设置弹簧，所述柱形活塞的运动方向与喷头本体的轴向一致，当遮挡环的贯穿孔与其中一组粉料加注槽连通时，其余粉料加注槽被遮挡环的外圆周壁遮挡密封，所述的主通道为喷头本体的柱形空腔和锥形空腔，每个粉料加注槽均设置有置于喷头本体外的进粉口，所述的保护气体通道包括第一保护气体通道和第二保护气体通道，第一保护气体通道出气口设置在喷头本体柱形空腔的内壁上且位于聚光透镜与最高处的粉料加注槽之间，第二保护气体通道的出气口设置在喷头本体的下端面上，第一保护气体通道和第二保护气体通道的进气口均处于喷头本体外部。
为了便于安装聚光透镜，所述喷头本体上端开口处设置台阶孔，所述聚光透镜设置在台阶孔的台阶处，所述聚光透镜上方的喷头本体内壁通过螺纹设置有压环。
为了便于加工，所述粉料加注槽包括开设在喷头本体内壁和外壁表面的环形外槽和内槽，所述外槽和内槽之间通过多组贯穿孔连通，所述外槽外部密封覆盖设置有进粉外罩，所述进粉外罩设置有与外槽连通的进粉口。
为了便于加工，所述喷头本体的外壁上部设置环形的第一导气槽，所述第一导气槽与第一保护气体通道连通，所述第一导气槽外部密封覆盖有第一进气外罩，所述第一进气外罩设置有与第一导气槽连通的进气口。
为了便于加工，所述喷头本体的外壁下侧设置环形的第二导气槽，所述第二导气槽与第二保护气体通道连通，所述第二导气槽外部密封覆盖有第二进气外罩，所述第二进气外罩设置有与第二导气槽连通的进气口。
为了提高熔覆效果，减少热量对喷头本体的损害，所述的喷头本体的上端侧壁内设置有引流腔，所述的多个进料通道为设置在喷头本体引流腔的外侧壁中多组环形的粉料加注槽，所述引流腔的外侧壁上沿轴向密封滑动安装遮挡环，所述遮挡环的圆周壁设置贯穿孔，所述引流腔的外侧壁内部设置活塞腔，所述活塞腔内密封滑动设置柱形活塞，所述柱形活塞通过连接杆与遮挡环固定连接，所述活塞腔的一端设置与外部气源连通的进气通道，所述活塞腔的另一端设置有透气孔且与柱形活塞之间设置弹簧，所述柱形活塞的运动方向与喷头本体的轴向一致，当遮挡环的贯穿孔与其中一组粉料加注槽连通时，其余粉料加注槽被遮挡环的外圆周壁遮挡密封，所述的主通道为引流腔和从引流腔下部引伸到喷头本体下端面的聚拢通道，所述的引流腔为环状，所述的聚拢通道上端为环状，聚拢通道的下端分隔成多个出气口，所述聚拢通道的所有出气口的轴线相交在喷头本体的锥形空腔的轴线的同一点上，该点位于喷头本体的下侧，每个粉料加注槽均设置有置于喷头本体外的进粉口，所述的保护气体通道包括第一保护气体通道和第二保护气体通道，第一保护气体通道出气口设置在喷头本体引流腔的外壁上且位于聚光透镜与最高处的粉料加注槽之间，第二保护气体通道的出气口设置在喷头本体的下端面上，第二保护气体通道的出气口位于聚拢通道出气口的外围，第一保护气体通道和第二保护气体通道的进气口均处于喷头本体外部。
为了提高喷头本体的使用寿命，所述的喷头本体的下端侧壁中设置有水冷循环通道。
所述的喷头本体包括采用不同材料的上下两部分的分体结构。喷头本体的下部采用耐热性能优于上部的材料。从而能提高性价比。
本发明的有益效果是：本发明多个进料通道能够单独开启，实现多种粉料的轮替加注，从而根据熔覆需求，实现不同粒径粉料加注的快速切换，且实现不停机的粉料加注更换，保证加工的连续性。
附图说明
图1为本发明例一结构示意图；
图2为本发明例一剖视图；
图3为图2的A处放大图；
图4为本发明例二剖视图；
图中：1喷头本体、101第二保护气体通道、102粉料加注槽、103引流腔、104聚拢通道、2进粉外罩、3第二进气外罩、4第一进气外罩、5聚光透镜、501压环、6遮挡环、601柱形活塞、602弹簧。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
例一，请参阅图1-3，本实施例包括喷头本体1，喷头本体1为两端开口的中空柱体结构，喷头本体1的内腔上端和下端分别为连通的柱形和锥形空腔，喷头本体1的下端开口小于上端，喷头本体1的柱形内腔部分沿轴向设置多组环形的粉料加注槽102，喷头本体1的柱形内腔部分沿轴向密封滑动安装遮挡环6，遮挡环6的圆周壁设置贯穿孔，当遮挡环6的贯穿孔与其中一组粉料加注槽102连通时，其余粉料加注槽102被遮挡环6的外圆周壁遮挡密封，喷头本体1上端开口处密封设置聚光透镜5，聚光透镜5与最高的粉料加注槽102之间的喷头本体1侧壁设置贯穿的进气孔，喷头本体1下端开口处设置多组下端朝轴线倾斜的第二保护气体通道101。
喷头本体1上端开口处设置台阶孔，聚光透镜5设置在台阶孔的台阶处，聚光透镜5上方的喷头本体1内壁通过螺纹设置有压环501；
通过螺纹连接的压环501，同时在聚光透镜5与台阶面之间设置密封垫和垫片，从而起到聚光透镜5与喷头本体1内腔之间的密封，并对聚光透镜5的焦点位置进行调整。
粉料加注槽102包括开设在喷头本体1内壁和外壁表面的环形外槽和内槽，外槽和内槽之间通过多组贯穿孔连通，外槽外部密封覆盖设置有进粉外罩2，进粉外罩2设置有与外槽连通的进粉口；
通过进粉外罩2和外槽的结合，使粉体能够环布在喷头本体1的外侧，实现环周进料，从而避免喷头内部出现粉料向一侧偏离的现象。
喷头本体1的外壁上侧设置环形的导气槽，导气槽与喷头本体1侧壁上的进气孔通过第一保护气体通道连通，导气槽外部设置密封覆盖设置第一进气外罩4，第一进气外罩4设置有与导气槽连通的进气口。
喷头本体1的外壁下侧设置环形的导气槽，导气槽与第二保护气体通道101连通，导气槽外部密封覆盖设置第二进气外罩3，第二进气外罩3设置有与导气槽连通的进气口。第二保护气体通道101的出气口设置在喷头本体1的下端面上。
喷头本体1的侧壁内部设置活塞腔，活塞腔内密封滑动设置柱形活塞601，柱形活塞601通过连接杆与遮挡环6固定连接，活塞腔的一端设置与外部气源连通的进气通道，活塞腔的另一端与柱形活塞601之间沿相对运动方向设置弹簧602，柱形活塞601的运动方向与喷头本体1的轴向一致；活塞腔中设置弹簧602的一端还设置有透气孔，便于柱形活塞601运动。
通过进气通道内部气压大小的调整，改变施加在柱形活塞601一端的推力，通过改变推力与弹簧602形变产生弹簧力的关系，从而使柱形活塞601处于活塞腔内不同位置，从而使遮挡环6处于柱形内腔的不同位置，从而使不同的粉料加注槽102被接通，实现不同粉料加注之间的转换。
在使用时：将第一进气外罩4的进气口与外置高压保护气源连通，使进气孔内通入高压气流，高压气流快速从喷头本体1下端的开口处排出，裹挟处于开启状态的粉料加注槽102内的粉料，当需要进行粉料更换时，改变与活塞腔连通的进气通道内的气体压力，即改变气体对柱形活塞601的推力，使柱形活塞601带动遮挡环6改变位置，此时弹簧602发生形变，其产生的弹性力同样发生变化，当弹性力与推力相同时，柱形活塞601和遮挡环6停止运动，使原本开启的粉料加注槽102被遮挡，而新的粉料加注槽102被开启，实现更换加注粉料的功能。
同时，将第二进气外罩3与保护气体的气源装置连通，使经过第二保护气体通道101导向后的保护气体直接作用于熔覆点附近，保证熔覆点的加工质量。
例二
如图4所示，本具体实施例与例二的区别在于所述的喷头本体1上端侧壁内设置有引流腔103，粉料加注槽102设置在喷头本体1引流腔的外侧壁中，遮挡环6安装在引流腔的外侧壁上，活塞腔也设置在引流腔的外侧壁内部，喷头本体1上还设置有从引流腔下部引伸到喷头本体1下端面的聚拢通道104，聚拢通道104上端为与引流通道相同的环状，聚拢通道104的下端分隔成多个出气口，所述聚拢通道104的所有出气口的轴线相交在喷头本体1的锥形空腔的轴线的同一点上，该点位于喷头本体1的下侧，第一保护气体通道出气口设置在喷头本体1引流腔的外壁上且位于聚光透镜5与最高处的粉料加注槽102之间，第二保护气体通道101的出气口位于聚拢通道104出气口的外围。环状的引流腔103有利于粉料与气体混合均匀，多出口的聚拢通道有利于在气体中分散均匀的粉料向熔覆点聚集。
在使用时：将第一进气外罩4的进气口与外置高压保护气源连通，使进气孔内通入高压气流，高压气流在引流腔裹挟处于开启状态的粉料加注槽102内的粉料，通过聚拢通道流向熔覆点，在激光的作用下进行熔覆，当需要进行粉料更换时，改变与活塞腔连通的进气通道内的气体压力，即改变气体对柱形活塞601的推力，使柱形活塞601带动遮挡环6改变位置，此时弹簧602发生形变，其产生的弹性力同样发生变化，当弹性力与推力相同时，柱形活塞601和遮挡环6停止运动，使原本开启的粉料加注槽102被遮挡，而新的粉料加注槽102被开启，实现更换加注粉料的功能。
同时，将第二进气外罩3与保护气体的气源装置连通，使经过第二保护气体通道101导向后的保护气体直接作用于熔覆点附近，保证熔覆点的加工质量。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种激光熔覆头，包括喷头本体(1)，所述喷头本体(1)为两端开口的中空柱体结构，所述喷头本体(1)的内腔上端和下端分别为连通的柱形空腔和锥形空腔，所述喷头本体(1)的下端开口小于上端，所述喷头本体(1)的上端密封连接有聚光透镜(5)，喷头本体(1)上设置有粉料通道和保护气体通道，其特征在于：所述的粉料通道包括主通道和多个进料通道，所述的喷头本体(1)上设置有用于切换进料通道与主通道相通的切换装置，所述的多个进料通道为设置在喷头本体(1)的柱形内腔的侧壁中多组环形的粉料加注槽(102)，所述喷头本体(1)的柱形内腔的侧壁上沿轴向密封滑动安装遮挡环(6)，所述遮挡环(6)的圆周壁设置贯穿孔，喷头本体(1)的侧壁内部设置活塞腔，所述活塞腔内密封滑动设置柱形活塞(601)，所述柱形活塞(601)通过连接杆与遮挡环(6)固定连接，所述活塞腔的一端设置与外部气源连通的进气通道，所述活塞腔的另一端设置有透气孔且与柱形活塞(601)之间设置弹簧(602)，所述柱形活塞(601)的运动方向与喷头本体(1)的轴向一致，当遮挡环(6)的贯穿孔与其中一组粉料加注槽(102)连通时，其余粉料加注槽(102)被遮挡环(6)的外圆周壁遮挡密封，所述的主通道为喷头本体(1)的柱形空腔和锥形空腔，每个粉料加注槽(102)均设置有置于喷头本体(1)外的进粉口，所述的保护气体通道包括第一保护气体通道和第二保护气体通道，第一保护气体通道出气口设置在喷头本体(1)柱形空腔的内壁上且位于聚光透镜(5)与最高处的粉料加注槽(102)之间，第二保护气体通道的出气口设置在喷头本体(1)的下端面上，第一保护气体通道和第二保护气体通道的进气口均处于喷头本体(1)外部。
2.根据权利要求1所述的激光熔覆头，其特征在于：所述喷头本体(1)上端开口处设置台阶孔，所述聚光透镜(5)设置在台阶孔的台阶处，所述聚光透镜(5)上方的喷头本体(1)内壁通过螺纹设置有压环(501)。
3.根据权利要求2所述的激光熔覆头，其特征在于：所述粉料加注槽(102)包括开设在喷头本体(1)内壁和外壁表面的环形外槽和内槽，所述外槽和内槽之间通过多组贯穿孔连通，所述外槽外部密封覆盖设置有进粉外罩(2)，所述进粉外罩(2)设置有与外槽连通的进粉口。
4.根据权利要求1所述的激光熔覆头，其特征在于：所述喷头本体(1)的外壁上部设置环形的第一导气槽，所述第一导气槽与第一保护气体通道连通，所述第一导气槽外部密封覆盖有第一进气外罩(4)，所述第一进气外罩(4)设置有与第一导气槽连通的进气口。
5.根据权利要求1-4中任何一项所述的激光熔覆头，其特征在于：所述喷头本体(1)的外壁下侧设置环形的第二导气槽，所述第二导气槽与第二保护气体通道连通，所述第二导气槽外部密封覆盖有第二进气外罩(3)，所述第二进气外罩(3)设置有与第二导气槽连通的进气口。
6.根据权利要求5所述的激光熔覆头，其特征在于：所述的喷头本体(1)的下端侧壁中设置有水冷循环通道。
7.根据权利要求5所述的激光熔覆头，其特征在于：所述的喷头本体(1)包括采用不同材料的上下两部分的分体结构。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: No. 3501, Daxue Road, Changqing District, Jinan City, Shandong Province Patentee after: Qilu University of Technology (Shandong Academy of Sciences) Country or region after: China Address before: No. 3501, Daxue Road, Changqing District, Jinan City, Shandong Province Patentee before: Qilu University of Technology Country or region before: China |
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| CP03 | Change of name, title or address | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20250707 Address after: 1002, Building A, Zhiyun Industrial Park, No. 13 Huaxing Road, Tongsheng Community, Dalang Street, Longhua District, Shenzhen City, Guangdong Province, 518000 Patentee after: Shenzhen Wanzhida Information Consulting Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: 250000, 3501, University Road, Changqing District, Shandong, Ji'nan Patentee before: Qilu University of Technology (Shandong Academy of Sciences) Country or region before: China |