一種具有水冷保護的多束流同軸送粉式激光熔覆噴嘴的制作方法

本發明涉及一種多束流同軸送粉式激光熔覆噴嘴。

背景技術：

激光熔覆技術是一種柔性的先進制造技術，在近年來發展迅速應用廣泛。激光熔覆技術的基本過程為：擁有高能量密度的激光束在基體表面產生熔池，同時以送粉或送絲的方式將材料加入，最終在基體表面形成高質量的熔覆層，以達到對零件表面的改性、修補等。如果將材料逐層累積的方式進行激光熔覆，即為激光增材制造中的激光直接熔融沉積技術。

現在普遍采用送粉式激光熔覆，由于其相比于送絲式激光熔覆來講，具有高精度，材料可控，易于制備等優點。其中送粉式又分為旁軸送粉和同軸送粉，旁軸噴嘴主要用于二維應用場合，用于可達性較好的表面，如大型轉軸的軸承表面等。同軸送粉則具有更多的加工選擇性，可用于精密熔覆和三維熔覆等。通過送粉式激光熔覆技術進行表面熔覆或激光增材制造時，往往需要噴嘴長時間連續工作，對于一些期望獲得更高效率的工況下，所采用的激光功率和送粉量也往往很大，這便會為噴嘴的耐高溫性帶來很大挑戰。如果沒有良好的水冷保護以降低噴嘴的溫度，在熔池反射激光以及熔池熱輻射作用下噴嘴極易發生燒損變形，對工作過程的穩定性和連續性造成破壞。因此開發一種具有良好水冷保護效果的同軸送粉式激光熔覆噴嘴就顯得很有必要。

技術實現要素：

本發明是為了解決目前送粉式激光熔覆或激光增材制造時，噴嘴長時間連續工作，噴嘴的溫度很高，噴嘴極易發生燒損變形，對工作過程的穩定性和連續性造成破壞的技術問題，而提供一種具有水冷保護的多束流同軸送粉式激光熔覆噴嘴。

本發明的一種具有水冷保護的多束流同軸送粉式激光熔覆噴嘴是由具有水冷槽道的內環噴嘴和具有水冷出入口的外環噴嘴組成；

所述的具有水冷出入口的外環噴嘴的中心為一個與上下端面均打通的空腔，所述的具有水冷槽道的內環噴嘴的外壁和具有水冷出入口的外環噴嘴的空腔內壁具有相同的錐度和高度從而使得具有水冷槽道的內環噴嘴的外壁與具有水冷出入口的外環噴嘴的空腔內壁緊密連接；

所述的具有水冷槽道的內環噴嘴的中心為一圓臺形激光保護氣通道，內環噴嘴的外壁上設置有蛇形路徑的水冷凹槽，水冷凹槽的起始端和終點端均位于水冷凹槽的最上層的凹槽端點處；

所述的具有水冷出入口的外環噴嘴的上端面均勻分布三束流粉末流通道的入粉口，三個入粉口與具有水冷出入口的外環噴嘴的圓心連線互成120°，所述的三束流粉末流通道的中軸線與具有水冷出入口的外環噴嘴的中軸線成相同的角度，并交匯于具有水冷出入口的外環噴嘴的中軸線上；在具有水冷出入口的外環噴嘴的上端面的兩個入粉口中間均勻分布一個外環噴嘴水冷入口和一個外環噴嘴水冷出口，外環噴嘴水冷入口和外環噴嘴水冷出口與具有水冷出入口的外環噴嘴的圓心連線夾角為40°，外環噴嘴水冷入口下方連通一個進水管道，進水管道的另一端連通一個與其垂直的內外環噴嘴水冷連接管道a，內外環噴嘴水冷連接管道a的另一端與具有水冷槽道的內環噴嘴外壁上的水冷凹槽的起始端連通；外環噴嘴水冷入出下方連通一個出水管道，出水管道的另一端連通一個與其垂直的內外環噴嘴水冷連接管道b，內外環噴嘴水冷連接管道b的另一端與具有水冷槽道的內環噴嘴外壁上的水冷凹槽的終點端連通。

本發明的優點：

蛇形路徑的水冷凹槽完全覆蓋內環噴嘴的外壁，可以使冷卻水完全在槽道內流通以達到最佳的冷卻效果。

附圖說明

圖1是具體實施方式一中具有水冷出入口的外環噴嘴的俯視圖，1為具有水冷出入口的外環噴嘴，2、3和4為入粉口，2-1、3-1和4-1是三束流粉末流通道，5是外環噴嘴水冷入口，5-2是進水管道，5-1是內外環噴嘴水冷連接管道a，6是外環噴嘴水冷出口，6-2是出水管道，6-1是內外環噴嘴水冷連接管道b；

圖2是圖1的A-A方向的剖面圖，5是外環噴嘴水冷入口，5-2是進水管道，5-1是內外環噴嘴水冷連接管道a；

圖3是圖1的B-B方向的剖面圖，6是外環噴嘴水冷出口，6-2是出水管道，6-1是內外環噴嘴水冷連接管道b；

圖4是圖1的C-C方向的剖面圖，3為入粉口，3-1是粉末流通道；

圖5是具有水冷槽道的內環噴嘴的正視圖，7是具有水冷槽道的內環噴嘴，10是具有水冷槽道的內環噴嘴的外壁上設置的蛇形路徑的水冷凹槽，8是水冷凹槽的起始端，9是水冷凹槽的終點端；

圖6是具有水冷槽道的內環噴嘴的立體圖，7是具有水冷槽道的內環噴嘴，10是具有水冷槽道的內環噴嘴的外壁上設置的蛇形路徑的水冷凹槽，8是水冷凹槽的起始端，9是水冷凹槽的終點端；

圖7是圖5的D-D方向的剖面圖，12是具有水冷槽道的內環噴嘴中心的圓臺形激光保護氣通道；

圖8是圖6中具有水冷槽道的內環噴嘴的外壁上設置的蛇形路徑的水冷凹槽的平面展開圖，10是具有水冷槽道的內環噴嘴的外壁上設置的蛇形路徑的水冷凹槽，8是水冷凹槽的起始端，9是水冷凹槽的終點端；

圖9是具有水冷保護的多束流同軸送粉式激光熔覆噴嘴的整體立體圖，1為具有水冷出入口的外環噴嘴，2和4為入粉口，6是外環噴嘴水冷出口，7是具有水冷槽道的內環噴嘴。

具體實施方式

具體實施方式一：如圖1-9，本實施方式為一種具有水冷保護的多束流同軸送粉式激光熔覆噴嘴，具體是由具有水冷槽道的內環噴嘴7和具有水冷出入口的外環噴嘴1組成；

所述的具有水冷出入口的外環噴嘴1的中心為一個與上下端面均打通的空腔11，所述的具有水冷槽道的內環噴嘴7的外壁和具有水冷出入口的外環噴嘴1的空腔11內壁具有相同的錐度和高度從而使得具有水冷槽道的內環噴嘴7的外壁與具有水冷出入口的外環噴嘴1的空腔11內壁緊密連接；

所述的具有水冷槽道的內環噴嘴7的中心為一圓臺形激光保護氣通道12，具有水冷槽道的內環噴嘴7的外壁上設置有蛇形路徑的水冷凹槽10，水冷凹槽10的起始端8和終點端9均位于水冷凹槽10的最上層凹槽的兩個端點處；

所述的具有水冷出入口的外環噴嘴1的上端面均勻分布三束流粉末流通道2-1、3-1和4-1對應的入粉口2、3和4，三個入粉口2、3和4與具有水冷出入口的外環噴嘴1上端面的圓心連線互成120°，所述的三束流粉末流通道2-1、3-1和4-1的中軸線與具有水冷出入口的外環噴嘴1的中軸線成相同的角度，并交匯于具有水冷出入口的外環噴嘴1的中軸線上；在具有水冷出入口的外環噴嘴1的上端面的兩個入粉口3和4中間均勻分布一個外環噴嘴水冷入口5和一個外環噴嘴水冷出口6，外環噴嘴水冷入口5和外環噴嘴水冷出口6與具有水冷出入口的外環噴嘴1上端面的的圓心連線夾角為40°，外環噴嘴水冷入口5的下方連通一個進水管道5-2，進水管道5-2的另一端連通一個與其垂直的內外環噴嘴水冷連接管道a5-1，內外環噴嘴水冷連接管道a5-1的另一端與具有水冷槽道的內環噴嘴7外壁上的水冷凹槽10的起始端8連通；外環噴嘴水冷入出口6的下方連通一個出水管道6-2，出水管道6-2的另一端連通一個與其垂直的內外環噴嘴水冷連接管道b6-1，內外環噴嘴水冷連接管道b6-1的另一端與具有水冷槽道的內環噴嘴7外壁上的水冷凹槽10的終點端9連通。

冷卻水整體流動路徑為：冷卻水從外環噴嘴水冷入口5進入，依次通過進水管道5-2和內外環噴嘴水冷連接管道a5-1流入具有水冷槽道的內環噴嘴7外壁上的水冷凹槽10的起始端8，經過水冷凹槽10，從具有水冷槽道的內環噴嘴7外壁上的水冷凹槽10的終點端9流出，然后依次通過內外環噴嘴水冷連接管道b6-1和出水管道6-2流至外環噴嘴水冷出口6，最終流出具有水冷出入口的外環噴嘴1，從而達到對噴嘴整體冷卻的效果。

具體實施方式二：本實施方式與具體實施方式一不同的是：具有水冷槽道的內環噴嘴7的外壁與具有水冷出入口的外環噴嘴1的空腔11內壁緊密連接方式為釬焊連接。其它與具體實施方式一相同。

具體實施方式三：本實施方式與具體實施方式一不同的是：具有水冷槽道的內環噴嘴7的外壁與具有水冷出入口的外環噴嘴1的空腔11內壁緊密連接方式為密封圈連接。其它與具體實施方式一相同。

具體實施方式四：本實施方式與具體實施方式一不同的是：具有水冷槽道的內環噴嘴7的材質是銅合金。其它與具體實施方式一相同。

具體實施方式五：本實施方式與具體實施方式一不同的是：具有水冷出入口的外環噴嘴1的材質是銅合金。其它與具體實施方式一相同。