本發(fā)明涉及特種加工領(lǐng)域，尤其涉及一種激光熔覆頭。

背景技術(shù)：

激光熔覆可以在金屬工件表面獲得一層具有特定性能的保護(hù)層，大幅度提高工件的耐磨性能、抗腐蝕性能、抗氫脆性能等，可大幅度提高關(guān)鍵零部件的使用壽命。激光熔覆通常采用同軸送粉方式，該送粉方式柔性好，可以對具有復(fù)雜表面的零部件進(jìn)行激光熔覆。當(dāng)粉體受到高功率密度的激光作用時，會產(chǎn)生等離子體，等離子體和微細(xì)粉末的混合物會以極高的速度向鏡片方向運動，導(dǎo)致聚焦鏡的污染，污染后的聚焦鏡繼續(xù)經(jīng)過激光作用后，會導(dǎo)致鏡片的燒蝕損壞。通常，可以在聚焦鏡下方再放置保護(hù)鏡片來防止聚焦鏡的燒蝕，然而，保護(hù)鏡片同樣會燒蝕破壞，中國專利“用于激光熔覆的同軸噴頭(申請?zhí)?01210293222.8)”提出了一種保護(hù)氣路來防止保護(hù)鏡片的污染，然而，采用該種結(jié)構(gòu)時，由保護(hù)氣體入口噴出的保護(hù)氣體并不能很好的從保護(hù)氣路的另一端排出，其中有很大一部分會從加工嘴噴出，從而干擾同軸送粉氣流，導(dǎo)致送粉的不穩(wěn)定而影響熔覆效果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是：提供一種激光熔覆頭，以定量供給保護(hù)氣體以及定量排出保護(hù)氣體的方式，在最大程度上保證了保護(hù)氣流不會干擾送粉氣流，保證了激光熔覆的穩(wěn)定性。

本發(fā)明的一種技術(shù)方案是：一種激光熔覆頭，包括排氣氣路、套筒、聚焦鏡、保護(hù)鏡、加工頭、壓縮空氣氣路、氣體中心、混粉氣路、信號傳輸系統(tǒng)和工控機，所述聚焦鏡、保護(hù)鏡和加工頭自上而下依次安裝在套筒內(nèi)，所述加工頭中央開設(shè)有上下貫穿的中央通道，所述加工頭的側(cè)壁開設(shè)有分別與中央通道相連通的的氣嘴孔、錐形孔及多個粉末通道，中央通道于錐形孔下方設(shè)有環(huán)形擋圈，加工頭的下端部安裝有熔覆嘴，所述氣嘴孔處設(shè)有與之配合的氣嘴，上述壓縮空氣氣路連設(shè)于該氣嘴與上述氣體中心之間，且壓縮空氣氣路上沿氣體中心向氣嘴的方向依次安裝有第一氣閥和第一氣體流量計；上述混粉氣路連設(shè)于上述粉末通道與上述氣體中心之間，且混粉氣路沿氣體中心向粉末通道的方向依次安裝有第三氣閥和混粉器；上述排氣氣路連設(shè)于錐形孔處，且排氣氣路沿錐形孔向外的方向依次安裝有第二氣閥、第二氣體流量計和排氣系統(tǒng)，上述排氣系統(tǒng)、第二氣體流量計、第二氣閥、第一氣體流量計、第一氣閥、氣體中心、混粉器和第三氣閥通過信號傳輸系統(tǒng)與工控機相連。

進(jìn)一步的，所述氣嘴孔的軸線與錐形孔的軸線重合，氣嘴孔的直徑與錐形孔外壁部的直徑相等，錐形孔內(nèi)壁部的直徑是錐形孔外壁部直徑的3～5倍。這樣可以保證氣嘴噴出的壓縮空氣發(fā)散后，正好流動到錐形孔內(nèi)壁孔，從而被排氣氣路很好的排出。

再進(jìn)一步的，所述環(huán)形擋圈的內(nèi)孔為孔徑上大、下小的錐形孔，可以防止熔覆頭下腔體氣流的擾動，從而進(jìn)一步防止鏡片保護(hù)氣路的氣流干涉保護(hù)氣體和粉末組成的混合氣流，提高激光熔覆質(zhì)量。

更進(jìn)一步的，所述中央通道包括第一腔和位于第一腔下方并與第一腔相連通的第二腔，所述第一腔為圓柱形，所述第二腔呈漏斗形，且第一腔的底端口徑等于第二腔的頂端口徑。多個粉末通道位于中央通道的壁與加工頭的外壁之間，且繞所述第一腔體的中心軸均勻分布，各粉末通道從上至下自加工頭的外壁向中央通道的外壁傾斜設(shè)置，且各粉末通道的傾斜角度相同。這樣有效的防止了粉末被沖入中央通道而造成的危險性，同時形成均勻?qū)ΨQ的粉末流場。

使用時，激光束正對聚焦鏡的中心，激光束透過聚焦鏡和保護(hù)鏡后，穿過加工頭的中央通道及其內(nèi)環(huán)形擋圈的內(nèi)孔，并與從粉末通道噴射出的粉末混合，再穿過熔覆嘴到達(dá)待熔覆的工件表面。

本發(fā)明的優(yōu)點是：

1.本發(fā)明以定量供給保護(hù)氣體以及定量排出保護(hù)氣體的方式，在最大程度上保證了保護(hù)氣流不會干擾送粉氣流，保證了激光熔覆的穩(wěn)定性。

2.本發(fā)明中氣嘴孔的軸線與錐形孔的軸線重合，氣嘴孔的直徑與錐形孔外壁孔的直徑相等，同時錐形孔內(nèi)壁孔的直徑是錐形孔外壁孔直徑的3～5倍，可以保證氣嘴噴出的壓縮空氣發(fā)散后，正好流動到錐形孔內(nèi)壁孔，從而被排氣氣路很好的排出。

3.本發(fā)明中排氣氣路和壓縮空氣氣路各設(shè)有氣體流量計，通過調(diào)節(jié)排氣系統(tǒng)的排氣速度和壓縮空氣的壓力，使兩個氣體流量計顯示的氣體流量相等，可以保證由壓縮空氣氣路和排氣氣路組成的鏡片保護(hù)氣路不會干擾加工頭外面的空氣流動狀態(tài)，從而保證在激光熔覆時，熔覆嘴噴出的由保護(hù)氣體和粉末組成的混合氣流盡可能少的受到鏡片保護(hù)氣路的影響，提高了激光熔覆的質(zhì)量。

4.本發(fā)明中環(huán)形擋圈的內(nèi)孔為錐形孔，可以防止熔覆頭下腔體氣流的擾動，從而進(jìn)一步防止鏡片保護(hù)氣路的氣流干涉保護(hù)氣體和粉末組成的混合氣流，提高激光熔覆質(zhì)量。

附圖說明

下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述：

圖1為本發(fā)明中結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明中加工頭的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明中環(huán)形擋圈的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：1排氣系統(tǒng)；2氣體流量計；3氣閥；4排氣氣路；5套筒；6激光束；7聚焦鏡；8保護(hù)鏡；9加工頭；91氣嘴孔；92錐形孔；93氣道；94錐形孔外壁部；95錐形孔內(nèi)壁部；96中央通道；97第一腔體；98第二腔體；10氣嘴；11氣體流量計；12氣閥；13壓縮空氣氣路；14氣體中心；15環(huán)形擋圈；151內(nèi)孔；16熔覆嘴；17工件；18混粉器；19氣閥；20混粉氣路；21信號傳輸系統(tǒng)；22工控機。

具體實施方式

實施例：如圖1所示，一種激光熔覆頭，包括排氣氣路4、套筒5、聚焦鏡7、保護(hù)鏡8、加工頭9、壓縮空氣氣路13、氣體中心14、混粉氣路20、信號傳輸系統(tǒng)21和工控機22，所述聚焦鏡7、保護(hù)鏡8和加工頭9自上而下依次安裝在套筒5內(nèi)，所述加工頭9中央開設(shè)有上下貫穿的中央通道96，所述加工頭9的側(cè)壁開設(shè)有分別與中央通道96相連通的的氣嘴孔91、錐形孔92及多個粉末通道93，中央通道96于錐形孔91下方設(shè)有環(huán)形擋圈15，加工頭9的下端部安裝有熔覆嘴16，所述氣嘴孔91處設(shè)有與之配合的氣嘴10，上述壓縮空氣氣路13連設(shè)于該氣嘴91與上述氣體中心14之間，且壓縮空氣氣路13上沿氣體中心向氣嘴的方向依次安裝有第一氣閥12和第一氣體流量計11；上述混粉氣路20連設(shè)于上述粉末通道3與上述氣體中心14之間，且混粉氣路20沿氣體中心向粉末通道3的方向依次安裝有第三氣閥19和混粉器18；上述排氣氣路4連設(shè)于錐形孔92處，且排氣氣路4沿錐形孔92向外的方向依次安裝有第二氣閥3、第二氣體流量計2和排氣系統(tǒng)1，上述排氣系統(tǒng)1、第二氣體流量計2、第二氣閥3、第一氣體流量計11、第一氣閥12、氣體中心14、混粉器18和第三氣閥19通過信號傳輸系統(tǒng)21與工控機22相連。

本實施例中，所述氣嘴孔91的軸線與錐形孔92的軸線重合，氣嘴孔91的直徑與錐形孔外壁部94的直徑相等，錐形孔內(nèi)壁部95的直徑是錐形孔外壁部94直徑的3～5倍。這樣可以保證氣嘴噴出的壓縮空氣發(fā)散后，正好流動到錐形孔內(nèi)壁孔，從而被排氣氣路很好的排出。

本實施例中，所述環(huán)形擋圈15的內(nèi)孔151為孔徑上大、下小的錐形孔，可以防止熔覆頭下腔體氣流的擾動，從而進(jìn)一步防止鏡片保護(hù)氣路的氣流干涉保護(hù)氣體和粉末組成的混合氣流，提高激光熔覆質(zhì)量。

本實施例中，所述中央通道96包括第一腔97和位于第一腔97下方并與第一腔97相連通的第二腔98，所述第一腔97為圓柱形，所述第二腔98呈漏斗形，且第一腔97的底端口徑等于第二腔98的頂端口徑。多個粉末通道93位于中央通道96的壁與加工頭9的外壁之間，且繞所述第一腔體97的中心軸均勻分布，各粉末通道3從上至下自加工頭9的外壁向中央通道96的外壁傾斜設(shè)置，且各粉末通道3的傾斜角度相同。這樣有效的防止了粉末被沖入中央通道而造成的危險性，同時形成均勻?qū)ΨQ的粉末流場。

本發(fā)明的具體實施過程為：利用工控機開啟第三氣閥19，從而連通混粉氣路20；打開第二氣閥3，從而連通排氣氣路4；打開第一氣閥12，從而連通壓縮空氣氣路13；控制工控機22給壓縮空氣氣路13提供壓縮空氣，同時啟動排氣系統(tǒng)1，調(diào)節(jié)供氣壓力和排氣系統(tǒng)1的排氣功率，使氣體流量計4和氣體流量計11顯示的氣體流量相等；控制工控機22給混粉氣路23提供保護(hù)氣體，并使混粉器18處于工作狀態(tài)。打開激光器，激光束6正對聚焦鏡7的中心，激光束6透過聚焦鏡7和保護(hù)鏡8后，穿過加工頭9的中央通道及其內(nèi)環(huán)形擋圈15的內(nèi)孔151，并與從粉末通道噴射出的粉末混合，再穿過熔覆嘴16到達(dá)待熔覆的工件17表面。

本發(fā)明由壓縮空氣氣路13、排氣氣路4以及開設(shè)有錐形孔的環(huán)形擋圈15構(gòu)成的防濺射鏡片保護(hù)系統(tǒng)，可以在最大程度上保護(hù)鏡片，防止氣流干擾送粉氣流，保證了激光熔覆的穩(wěn)定性。另外，采用本發(fā)明的激光熔覆頭后，聚焦鏡和保護(hù)鏡片的使用壽命得到大幅度提高。

本發(fā)明可用于同軸送粉激光熔覆系統(tǒng)，也可以用于激光3D打印。所述的激光束6可以為光纖激光、CO2激光或者YAG激光。

以上僅是本發(fā)明的具體應(yīng)用范例，對本發(fā)明的保護(hù)范圍不構(gòu)成任何限制。除上述實施例外，本發(fā)明還可以有其它實施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。