CN203999818U - 一种激光宽带熔覆光内送粉装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种激光宽带熔覆光内送粉装置，包括一个保护气套，该保护气套分为位于后部的矩形的分粉段和位于前部的梯形状的整流段，所述分粉段内中央安装有一个定位分粉器，在所述分粉段内定位分粉器的两侧平行设置有两条保护气管，所述保护气管的出口端与所述整流段连通，所述定位分粉器的末端设置有若干条分粉管，所述若干条分粉管彼此平行且贯穿所述整流段，一个整流套套设在所有分粉管的外部，所述定位分粉器内部为由分粉管和接头构成的树枝状的、一分n的分粉通道。本实用新型使得粉束在下落过程中不会过早与光束发生干涉，光束反射损失小，粉末利用率高，能实现来回程扫描成形，熔道组织均匀、搭接质量好。

Description

一种激光宽带熔覆光内送粉装置

技术领域

本实用新型涉及激光熔覆加工技术领域，特别是涉及一种激光宽带熔覆光内送粉装置和送粉方法。

背景技术

激光熔覆，即使用高能激光束将金属材料熔化并且与基本材料产生冶金结合，广泛用于材料表面强化、修复和改性。对于一些大型工件，如大型轴类零件表面、大面积平面激光熔覆等场合，利用宽带激光扫描一次扫过面积大，能够大大提高熔覆效率，并由于减少了搭接次数二提高了熔覆层质量。

现有激光宽带熔覆方法为：实心宽带激光束照射到待加工表面形成熔池，同步从光束的一侧或者两侧将同样狭长形的粉束送进熔池。这种单侧送粉法当扫描方向反向时，粉束相对激光束的方位也反向，因此不利于来回程扫描成形。而双侧送粉由于粉束对称，无论向前、向后扫描相对激光束方位不变，消除了来回程扫描成形的方向性影响。上述两种方案均为从激光束外部倾斜送粉，其不足处在于：

(1)粉束都是由激光束外部倾斜送入光束，粉束在落入光斑前在空中先与激光束发生干涉，产生吸收和漫反射，使照射至加工表面上的光斑光强减弱，熔道光滑平整度不佳，内部缺陷增多。

(2)不同粒度和形状的粉粒受各粉管内的流动性、送粉量及均匀性等参数波动变化的影响，粉束由倾斜送粉喷嘴喷出后，粉粒又受到惯性力、气载压力、重力等影响，加上保护气和光压的作用，粉粒呈抛物线状下落，各个粉粒惯性、在空中的运动轨迹和落点都会不一致，这些都造成粉粒跌落区域变大和波动。对于双侧送分方案，粉束各自体位、均分粉量误差、喷射力度的均匀、对称性等不尽一致，汇聚精度很难稳定。在粉粒运动过程中，有的粉粒落入光斑，但进入光束后的密度分布不均匀；有的粉粒则为进入光束就跌落，还有的可能穿过光束吸热后又跌落并粘接在熔池旁的熔道上，造成大量粉末的浪费和环境污染。

(3)现有宽带熔覆方法中光斑的能量一般采用均匀分布，而熔道的两侧在成形时散热较快，造成此处能量不足，造成边界融合不佳，影响熔道搭接质量。

专利(ZL200610116413.1)公开了一种激光光内送粉熔覆方法，将激光器发生的圆形实心激光束变化为中空的锥形聚焦光束，送粉管安装在激光束的中空部位，实现了单粉管垂直正向送粉。专利(ZL201310300229.2)公开了一种激光宽带光内送粉熔覆方法，实现了一种在中空的宽带激光束内部进行送粉熔覆的方案。光内送粉技术是激光熔覆成形中较为先进的粉末供给方式，送粉装置位于激光熔覆光头部，四周被激光束包裹，向激光熔池内部喷送金属熔覆粉末。而本实用新型则是提供一种用于激光宽带熔覆光内送粉的送粉装置。

实用新型内容

针对现有技术存在的上述不足，本实用新型解决的问题是：提供一种用于激光宽带熔覆光内送粉的送粉装置。

一种激光宽带熔覆光内送粉装置，包括一个保护气套，该保护气套分为位于后部的矩形的分粉段和位于前部的梯形状的整流段，所述分粉段内中央安装有一个定位分粉器，在所述分粉段内定位分粉器的两侧平行设置有两条保护气管，所述保护气管的出口端与所述整流段连通，所述定位分粉器的末端设置有若干条分粉管，所述若干条分粉管彼此平行且贯穿所述整流段，一个整流套套设在所有分粉管的外部，所述定位分粉器内部为由分粉管和接头构成的树枝状的、一分n的分粉通道。

优选地，所述n为2以上的整数。

优选地，所述n≥4时，采用多阶分粉的方式。

优选地，所述定位分粉器由送粉管连接送粉机器。

优选地，所述分粉管末端指向激光熔覆的熔池。

优选地，每条所述分粉管的入口端处设置有调节出粉量的旋钮。

优选地，所述定位分粉器在钻削加工时所留下的加工孔洞通过螺钉封堵。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

(1)本实用新型提供的激光宽带熔覆光内送粉装置，使用时，粉束在下落过程中不会过早与光束发生干涉，光束反射损失小；

(2)粉末入光准、直、细、挺，分布均匀，扩散度小，利用率高；

(3)粉末与激光束的耦合精度高，能实现来回程扫描成形，熔道组织均匀、搭接质量好。

附图说明

为了更清晰地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施例，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为本实用新型光内送粉装置的整体结构示意正视图；

图2为本实用新型光内送粉装置的整体结构示意侧视图；

图3为本实用新型光内送粉装置的整体结构示意俯视图；

图4为本实用新型光内送粉装置优选实施例的轴侧图；

图5-1为本实用新型中保护气套优选实施例的结构示意图；

图5-2为本实用新型中保护气套第二种实施例的结构示意正视图；

图5-3为本实用新型中保护气套第二种实施例的结构示意侧视图；

图6为本实用新型中定位分粉器优选实施例的内部结构示意图；

图7-1、7-2、7-3为本实用新型光内送粉装置分粉方案示意图；

图8-1、8-2为本实用新型光内送粉装置均匀送粉的原理图；

图9-1、9-2为本实用新型光内送粉装置优选实施例的外部结构立体图。

其中：

1、保护气套； 1-1、分粉段； 1-2、整流段；

2、定位分粉器； 3、整流套； 4-1&4-2、保护气管；

5、送粉管； 6-1～6-5、螺钉； 7、旋钮； 8、分粉管；

9、粉束； 10、粉斑。

具体实施方式

下面将通过具体实施方式对本实用新型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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型公开了一种激光宽带熔覆光内送粉装置，所述光内送粉装置包括一个保护气套1，该保护气套1分为位于保护气套1内后部的矩形的分粉段1-1和位于保护气套1内前部的梯状的整流段1-2。所述分粉段1-1内中央安装有一个定位分粉器2，在所述分粉段1-1内定位分粉器2的两侧平行设置有两根保护气管4-1和4-2，所述保护气管4-1和4-2的出口端与所述整流段1-2连通，所述定位分粉器2的末端设置有若干根分粉管8，所述若干根分粉管8彼此平行且贯穿所述整流段1-2，一个整流套3套设在所有分粉管8的外部。

其中，所述定位分粉器2由送粉管5连接送粉机器，所述分粉管8末端指向激光熔覆的熔池。

如图5-1所示，保护气套1用于安装定位分粉器2，在保护气套1上按照上述方法安装两根保护气管4-1和4-2，通过保护气管4-1和4-2输入保护气使得保护气套1内部型腔发生变化，又通过保护气套1内部型腔的变化，实现对保护气进行整流压缩，从出口处喷出矩形环状的保护气帘，对分粉管喷出来的激光熔覆粉末进行整形压缩，实现粉末准、直、细、挺，分布均匀，发散角小。作为保护气套的第二种实施例，保护气套的设计方案列举了如图5-2和图5-3所示的另一种保护气套结构，图5-2为该实施例保护气套的主视图，图5-3为该实施例保护气套的侧视图。图5-1所示的保护气套的保护气输送方式为左右方向，即两根保护气管分别位于定位分粉器的左右两侧，图5-2和图5-3所示的保护气套的保护气输送方式为前后方向，即两根保护气管分别位于定位分粉器的上下两侧。上述两种保护气套的实施例结构类似，功能相同，同样属于本实用新型所保护范围。

本实用新型采用一分n的分送方式，根据流固耦合分析可知，利用气体作为载体输送粉末时，粉末在粉管出口处会有一定的发散角。如图8-1所示，利用粉末在粉管出口处的发散角，控制出口粉管的间距和送粉管的直径大小，就可实现相邻两送粉管喷出的粉束9相互交接，实现对激光宽带熔覆熔池内部均匀的输送熔覆粉末。因此，上述定位分粉器2内部由分粉管和接头构成的树枝状的、一分n的分粉通道，且n为大于等于2的整数。当n＝2时，分粉方案如图7-1所示，由a分为b1和b2。其中，a为粉末入口，b、c均为粉末出口，以下皆同。当n＝3时，分粉方案如图7-2所示，由a分为b1、b2以及b3。当n≥4时，可采用多阶分粉的方式，例如：对于一分n，n为2的倍数时，如图7-3所示，由a分为b1和b2，进而由b1分为c1和c2、b2分为c3和c4，只要保证出口管路关于入口管路轴对称即可保证各个粉管出口粉末量的一致，通过调节出口粉管之间的间距，来实现对不同宽度宽带激光熔池内部输送粉末。对于一分n，n为奇数时，如一分五，可以先一分二，再二分五(一分二和一分三并列)等等，此处不再一一列举n的所有情况。需要注意的是，当一分三时，可以通过控制中间一根出粉管径的大小，使其比两端出粉管径小，通过计算、仿真等方法，就可以实现三根出粉管的出粉量保持一致。

本实用新型优选实施例中所采用的定位分粉器2以一分四的分粉方案来详细地对本实用新型的送粉方法进行解释。

如图6和图7-3所示，本实用新型中的定位分粉器2实现将送粉管5送进来的粉末进行一分二、二分四，最终通过并列的四根分粉管8送入激光熔覆的熔池，在保护气的作用下，由于通过4根分粉管8送出的粉束之间将会构成3个重叠的部分，因此最终的粉斑10呈矩形且长、宽、厚均匀，可以精确的为矩形激光熔覆的熔池进行送粉，粉束9在下落的过程中不会过早与光束发生干涉，光束反射损失小：粉末入光准、直、细、挺，分布均匀，扩散度小，利用率高；粉末与激光束的耦合精度高，能实现来回程扫描成形，熔道组织均匀、搭接质量好。

上述整流套3安装在四根并列的分粉管8外部，使得四根分粉管8分布在整流套3内部，保护气套1内的保护气顺着整流套3流动，这样就可以保证出口处的保护气帘为矩形环状。

保护气管4-1和4-2连接保护气发生装置，给保护气套1内部输送保护气，为光内送粉激光宽带熔覆加工输送保护气。

送粉管5连接送粉机器，给定位分粉器2输送激光熔覆粉末，为光内送粉激光宽带熔覆加工提供熔覆粉末。

优选地，本实用新型实施例采用螺钉6-1～6-5用于封堵定位分粉器钻削加工所留下的加工孔洞。

如图1、图4及图6所示，本实用新型实施例中，每根所述分粉管8的入口端处设置有调节出粉量的旋钮7。通过调节旋钮7的旋入量，来分别对四根并列分粉管8的出粉量进行微调，以保证送出粉末的均匀性。

本实用新型按激光宽带熔覆光内送粉的要求设计，由于光内送粉要求高于光外送粉，因此本实用新型送粉装置亦可用于光外送粉。

本实用新型实施例在此列举两种上述定位分粉器的加工制造方法：

1)机械加工方法：采用钻削方法，通过钻孔方法可以方便、精准的加工出分粉器，再通过使用螺钉来封堵定位分粉器钻削加工所留下的加工孔洞，如图所示。

2)3D打印方法：采用3D打印成型技术，可以直接成型上述定位分粉器。

本实用新型公开了一种激光宽带熔覆光内送粉装置，与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

(1)本实用新型提供的激光宽带熔覆光内送粉装置，使用时，粉束在下落过程中不会过早与光束发生干涉，光束反射损失小；

(2)粉末入光准、直、细、挺，分布均匀，扩散度小，利用率高；

(3)粉末与激光束的耦合精度高，能实现来回程扫描成形，熔道组织均匀、搭接质量好。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种激光宽带熔覆光内送粉装置，其特征在于：包括一个保护气套，该保护气套分为位于后部的矩形的分粉段和位于前部的梯形状的整流段，所述分粉段内中央安装有一个定位分粉器，在所述分粉段内定位分粉器的两侧平行设置有两条保护气管，所述保护气管的出口端与所述整流段连通，所述定位分粉器的末端设置有若干条分粉管，所述若干条分粉管彼此平行且贯穿所述整流段，一个整流套套设在所有分粉管的外部，所述定位分粉器内部为由分粉管和接头构成的树枝状的、一分n的分粉通道。

2.根据权利要求1所述的激光宽带熔覆光内送粉装置，其特征在于：所述n为2以上的整数。

3.根据权利要求2所述的激光宽带熔覆光内送粉装置，其特征在于：所述n≥4时，采用多阶分粉的方式。

4.根据权利要求1所述的激光宽带熔覆光内送粉装置，其特征在于：所述定位分粉器由送粉管连接送粉机器。

5.根据权利要求1所述的激光宽带熔覆光内送粉装置，其特征在于：所述分粉管末端指向激光熔覆的熔池。

6.根据权利要求1所述的激光宽带熔覆光内送粉装置，其特征在于：每条所述分粉管的入口端处设置有调节出粉量的旋钮。

7.根据权利要求1所述的激光宽带熔覆光内送粉装置，其特征在于：所述定位分粉器在钻削加工时所留下的加工孔洞通过螺钉封堵。