一種激光寬帶熔覆光內送粉裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種激光寬帶熔覆光內送粉裝置，包括一個保護氣套，該保護氣套分為位于后部的矩形的分粉段和位于前部的梯形狀的整流段，所述分粉段內中央安裝有一個定位分粉器，在所述分粉段內定位分粉器的兩側平行設置有兩條保護氣管，所述保護氣管的出口端與所述整流段連通，所述定位分粉器的末端設置有若干條分粉管，所述若干條分粉管彼此平行且貫穿所述整流段，一個整流套套設在所有分粉管的外部，所述定位分粉器內部為由分粉管和接頭構成的樹枝狀的、一分n的分粉通道。本實用新型使得粉束在下落過程中不會過早與光束發(fā)生干涉，光束反射損失小，粉末利用率高，能實現(xiàn)來回程掃描成形，熔道組織均勻、搭接質量好。
【專利說明】一種激光寬帶熔覆光內送粉裝置

【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及激光熔覆加工【技術領域】，特別是涉及一種激光寬帶熔覆光內送粉 裝置和送粉方法。

【背景技術】
[0002] 激光熔覆，即使用高能激光束將金屬材料熔化并且與基本材料產生冶金結合，廣 泛用于材料表面強化、修復和改性。對于一些大型工件，如大型軸類零件表面、大面積平面 激光熔覆等場合，利用寬帶激光掃描一次掃過面積大，能夠大大提高熔覆效率，并由于減少 了搭接次數(shù)二提高了熔覆層質量。
[0003] 現(xiàn)有激光寬帶熔覆方法為：實心寬帶激光束照射到待加工表面形成熔池，同步從 光束的一側或者兩側將同樣狹長形的粉束送進熔池。這種單側送粉法當掃描方向反向時， 粉束相對激光束的方位也反向，因此不利于來回程掃描成形。而雙側送粉由于粉束對稱，無 論向前、向后掃描相對激光束方位不變，消除了來回程掃描成形的方向性影響。上述兩種方 案均為從激光束外部傾斜送粉，其不足處在于：
[0004] (1)粉束都是由激光束外部傾斜送入光束，粉束在落入光斑前在空中先與激光束 發(fā)生干涉，產生吸收和漫反射，使照射至加工表面上的光斑光強減弱，熔道光滑平整度不 佳，內部缺陷增多。
[0005] (2)不同粒度和形狀的粉粒受各粉管內的流動性、送粉量及均勻性等參數(shù)波動變 化的影響，粉束由傾斜送粉噴嘴噴出后，粉粒又受到慣性力、氣載壓力、重力等影響，加上保 護氣和光壓的作用，粉粒呈拋物線狀下落，各個粉粒慣性、在空中的運動軌跡和落點都會不 一致，這些都造成粉粒跌落區(qū)域變大和波動。對于雙側送分方案，粉束各自體位、均分粉量 誤差、噴射力度的均勻、對稱性等不盡一致，匯聚精度很難穩(wěn)定。在粉粒運動過程中，有的粉 粒落入光斑，但進入光束后的密度分布不均勻；有的粉粒則為進入光束就跌落，還有的可能 穿過光束吸熱后又跌落并粘接在熔池旁的熔道上，造成大量粉末的浪費和環(huán)境污染。
[0006] (3)現(xiàn)有寬帶熔覆方法中光斑的能量一般采用均勻分布，而熔道的兩側在成形時 散熱較快，造成此處能量不足，造成邊界融合不佳，影響熔道搭接質量。
[0007] 專利（ZL200610116413. 1)公開了一種激光光內送粉熔覆方法，將激光器發(fā)生的 圓形實心激光束變化為中空的錐形聚焦光束，送粉管安裝在激光束的中空部位，實現(xiàn)了單 粉管垂直正向送粉。專利（ZL201310300229. 2)公開了一種激光寬帶光內送粉熔覆方法，實 現(xiàn)了一種在中空的寬帶激光束內部進行送粉熔覆的方案。光內送粉技術是激光熔覆成形中 較為先進的粉末供給方式，送粉裝置位于激光熔覆光頭部，四周被激光束包裹，向激光熔池 內部噴送金屬熔覆粉末。而本實用新型則是提供一種用于激光寬帶熔覆光內送粉的送粉裝 置。 實用新型內容
[0008] 針對現(xiàn)有技術存在的上述不足，本實用新型解決的問題是：提供一種用于激光寬 帶熔覆光內送粉的送粉裝置。
[0009] -種激光寬帶熔覆光內送粉裝置，包括一個保護氣套，該保護氣套分為位于后部 的矩形的分粉段和位于前部的梯形狀的整流段，所述分粉段內中央安裝有一個定位分粉 器，在所述分粉段內定位分粉器的兩側平行設置有兩條保護氣管，所述保護氣管的出口端 與所述整流段連通，所述定位分粉器的末端設置有若干條分粉管，所述若干條分粉管彼此 平行且貫穿所述整流段，一個整流套套設在所有分粉管的外部，所述定位分粉器內部為由 分粉管和接頭構成的樹枝狀的、一分η的分粉通道。
[0010] 優(yōu)選地，所述η為2以上的整數(shù)。
[0011] 優(yōu)選地，所述η彡4時，采用多階分粉的方式。
[0012] 優(yōu)選地，所述定位分粉器由送粉管連接送粉機器。
[0013] 優(yōu)選地，所述分粉管末端指向激光熔覆的熔池。
[0014] 優(yōu)選地，每條所述分粉管的入口端處設置有調節(jié)出粉量的旋鈕。
[0015] 優(yōu)選地，所述定位分粉器在鉆削加工時所留下的加工孔洞通過螺釘封堵。
[0016] 與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有以下優(yōu)點：
[0017] (1)本實用新型提供的激光寬帶熔覆光內送粉裝置，使用時，粉束在下落過程中不 會過早與光束發(fā)生干涉，光束反射損失?。?br> [0018] (2)粉末入光準、直、細、挺，分布均勻，擴散度小，利用率高；
[0019] (3)粉末與激光束的耦合精度高，能實現(xiàn)來回程掃描成形，熔道組織均勻、搭接質 量好。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 為了更清晰地說明本實用新型實施例中的技術方案，下面將對實施例中所需要使 用的附圖簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型中記載的一些實 施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖 獲得其他的附圖。
[0021] 圖1為本實用新型光內送粉裝置的整體結構示意正視圖；
[0022] 圖2為本實用新型光內送粉裝置的整體結構示意側視圖；
[0023] 圖3為本實用新型光內送粉裝置的整體結構示意俯視圖；
[0024] 圖4為本實用新型光內送粉裝置優(yōu)選實施例的軸側圖；
[0025] 圖5-1為本實用新型中保護氣套優(yōu)選實施例的結構示意圖；
[0026] 圖5-2為本實用新型中保護氣套第二種實施例的結構示意正視圖；
[0027] 圖5-3為本實用新型中保護氣套第二種實施例的結構示意側視圖；
[0028] 圖6為本實用新型中定位分粉器優(yōu)選實施例的內部結構示意圖；
[0029] 圖7-1、7-2、7-3為本實用新型光內送粉裝置分粉方案示意圖；
[0030] 圖8-1、8_2為本實用新型光內送粉裝置均勻送粉的原理圖；
[0031] 圖9-1、9-2為本實用新型光內送粉裝置優(yōu)選實施例的外部結構立體圖。
[0032] 其中：
[0033] 1、保護氣套； 1-1、分粉段； 1-2、整流段；
[0034] 2、定位分粉器； 3、整流套； 4-1&4-2、保護氣管；
[0035] 5、送粉管； 6-1?6-5、螺釘； 7、旋鈕； 8、分粉管；
[0036] 9、粉束； 10、粉斑。

【具體實施方式】
[0037] 下面將通過【具體實施方式】對本實用新型的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然， 所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型 中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施 例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0038] 本實用新型公開了一種激光寬帶熔覆光內送粉裝置，所述光內送粉裝置包括一個 保護氣套1，該保護氣套1分為位于保護氣套1內后部的矩形的分粉段1-1和位于保護氣 套1內前部的梯狀的整流段1-2。所述分粉段1-1內中央安裝有一個定位分粉器2,在所述 分粉段1-1內定位分粉器2的兩側平行設置有兩根保護氣管4-1和4-2,所述保護氣管4-1 和4-2的出口端與所述整流段1-2連通，所述定位分粉器2的末端設置有若干根分粉管8， 所述若干根分粉管8彼此平行且貫穿所述整流段1-2, 一個整流套3套設在所有分粉管8的 外部。
[0039] 其中，所述定位分粉器2由送粉管5連接送粉機器，所述分粉管8末端指向激光熔 覆的熔池。
[0040] 如圖5-1所示，保護氣套1用于安裝定位分粉器2,在保護氣套1上按照上述方法 安裝兩根保護氣管4-1和4-2,通過保護氣管4-1和4-2輸入保護氣使得保護氣套1內部型 腔發(fā)生變化，又通過保護氣套1內部型腔的變化，實現(xiàn)對保護氣進行整流壓縮，從出口處噴 出矩形環(huán)狀的保護氣簾，對分粉管噴出來的激光熔覆粉末進行整形壓縮，實現(xiàn)粉末準、直、 細、挺，分布均勻，發(fā)散角小。作為保護氣套的第二種實施例，保護氣套的設計方案列舉了如 圖5-2和圖5-3所示的另一種保護氣套結構，圖5-2為該實施例保護氣套的主視圖，圖5-3 為該實施例保護氣套的側視圖。圖5-1所示的保護氣套的保護氣輸送方式為左右方向，即 兩根保護氣管分別位于定位分粉器的左右兩側，圖5-2和圖5-3所示的保護氣套的保護氣 輸送方式為前后方向，即兩根保護氣管分別位于定位分粉器的上下兩側。上述兩種保護氣 套的實施例結構類似，功能相同，同樣屬于本實用新型所保護范圍。
[0041] 本實用新型采用一分η的分送方式，根據(jù)流固耦合分析可知，利用氣體作為載體 輸送粉末時，粉末在粉管出口處會有一定的發(fā)散角。如圖8-1所不，利用粉末在粉管出口處 的發(fā)散角，控制出口粉管的間距和送粉管的直徑大小，就可實現(xiàn)相鄰兩送粉管噴出的粉束9 相互交接，實現(xiàn)對激光寬帶熔覆熔池內部均勻的輸送熔覆粉末。因此，上述定位分粉器2內 部由分粉管和接頭構成的樹枝狀的、一分η的分粉通道，且η為大于等于2的整數(shù)。當η = 2時，分粉方案如圖7-1所示，由a分為bl和b2。其中，a為粉末入口，b、c均為粉末出口， 以下皆同。當n = 3時，分粉方案如圖7-2所示，由a分為bl、b2以及b3。當η彡4時，可 采用多階分粉的方式，例如：對于一分η，η為2的倍數(shù)時，如圖7-3所示，由a分為bl和b2， 進而由bl分為cl和c2、b2分為c3和c4,只要保證出口管路關于入口管路軸對稱即可保 證各個粉管出口粉末量的一致，通過調節(jié)出口粉管之間的間距，來實現(xiàn)對不同寬度寬帶激 光烙池內部輸送粉末。對于一分η, η為奇數(shù)時，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，此處不再一一列舉η的所有情況。需要注意的是，當一分三時，可 以通過控制中間一根出粉管徑的大小，使其比兩端出粉管徑小，通過計算、仿真等方法，就 可以實現(xiàn)三根出粉管的出粉量保持一致。
[0042] 本實用新型優(yōu)選實施例中所采用的定位分粉器2以一分四的分粉方案來詳細地 對本實用新型的送粉方法進行解釋。
[0043] 如圖6和圖7-3所示，本實用新型中的定位分粉器2實現(xiàn)將送粉管5送進來的粉 末進行一分二、二分四，最終通過并列的四根分粉管8送入激光熔覆的熔池，在保護氣的作 用下，由于通過4根分粉管8送出的粉束之間將會構成3個重疊的部分，因此最終的粉斑10 呈矩形且長、寬、厚均勻，可以精確的為矩形激光熔覆的熔池進行送粉，粉束9在下落的過 程中不會過早與光束發(fā)生干涉，光束反射損失?。悍勰┤牍鉁?、直、細、挺，分布均勻，擴散度 小，利用率高；粉末與激光束的耦合精度高，能實現(xiàn)來回程掃描成形，熔道組織均勻、搭接質 量好。
[0044] 上述整流套3安裝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內部，保護氣套1內的保護氣順著整流套3流動，這樣就可以保證出口處的保護氣簾為矩 形環(huán)狀。
[0045] 保護氣管4-1和4-2連接保護氣發(fā)生裝置，給保護氣套1內部輸送保護氣，為光內 送粉激光寬帶熔覆加工輸送保護氣。
[0046] 送粉管5連接送粉機器，給定位分粉器2輸送激光熔覆粉末，為光內送粉激光寬帶 熔覆加工提供熔覆粉末。
[0047] 優(yōu)選地，本實用新型實施例采用螺釘6-1?6-5用于封堵定位分粉器鉆削加工所 留下的加工孔洞。
[0048] 如圖1、圖4及圖6所示，本實用新型實施例中，每根所述分粉管8的入口端處設置 有調節(jié)出粉量的旋鈕7。通過調節(jié)旋鈕7的旋入量，來分別對四根并列分粉管8的出粉量進 行微調，以保證送出粉末的均勻性。
[0049] 本實用新型按激光寬帶熔覆光內送粉的要求設計，由于光內送粉要求高于光外送 粉，因此本實用新型送粉裝置亦可用于光外送粉。
[0050] 本實用新型實施例在此列舉兩種上述定位分粉器的加工制造方法：
[0051] 1)機械加工方法：采用鉆削方法，通過鉆孔方法可以方便、精準的加工出分粉器， 再通過使用螺釘來封堵定位分粉器鉆削加工所留下的加工孔洞，如圖所示。
[0052] 2)3D打印方法：采用3D打印成型技術，可以直接成型上述定位分粉器。
[0053] 本實用新型公開了一種激光寬帶熔覆光內送粉裝置，與現(xiàn)有技術相比，本實用新 型具有以下優(yōu)點：
[0054] (1)本實用新型提供的激光寬帶熔覆光內送粉裝置，使用時，粉束在下落過程中不 會過早與光束發(fā)生干涉，光束反射損失??；
[0055] (2)粉末入光準、直、細、挺，分布均勻，擴散度小，利用率高；
[0056] (3)粉末與激光束的耦合精度高，能實現(xiàn)來回程掃描成形，熔道組織均勻、搭接質 量好。
[0057] 對于本領域技術人員而言，顯然本實用新型不限于上述示范性實施例的細節(jié)，而 且在不背離本實用新型的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本實用新 型。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本實用新 型的范圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含 義和范圍內的所有變化囊括在本實用新型內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制 所涉及的權利要求。
[0058] 此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包 含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當 將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員 可以理解的其他實施方式。
【權利要求】
1. 一種激光寬帶熔覆光內送粉裝置，其特征在于：包括一個保護氣套，該保護氣套分 為位于后部的矩形的分粉段和位于前部的梯形狀的整流段，所述分粉段內中央安裝有一個 定位分粉器，在所述分粉段內定位分粉器的兩側平行設置有兩條保護氣管，所述保護氣管 的出口端與所述整流段連通，所述定位分粉器的末端設置有若干條分粉管，所述若干條分 粉管彼此平行且貫穿所述整流段，一個整流套套設在所有分粉管的外部，所述定位分粉器 內部為由分粉管和接頭構成的樹枝狀的、一分η的分粉通道。
2. 根據(jù)權利要求1所述的激光寬帶熔覆光內送粉裝置，其特征在于：所述η為2以上 的整數(shù)。
3. 根據(jù)權利要求2所述的激光寬帶熔覆光內送粉裝置，其特征在于：所述η > 4時，采 用多階分粉的方式。
4. 根據(jù)權利要求1所述的激光寬帶熔覆光內送粉裝置，其特征在于：所述定位分粉器 由送粉管連接送粉機器。
5. 根據(jù)權利要求1所述的激光寬帶熔覆光內送粉裝置，其特征在于：所述分粉管末端 指向激光熔覆的熔池。
6. 根據(jù)權利要求1所述的激光寬帶熔覆光內送粉裝置，其特征在于：每條所述分粉管 的入口端處設置有調節(jié)出粉量的旋鈕。
7. 根據(jù)權利要求1所述的激光寬帶熔覆光內送粉裝置，其特征在于：所述定位分粉器 在鉆削加工時所留下的加工孔洞通過螺釘封堵。
【文檔編號】C23C24/10GK203999818SQ201420429249
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年7月31日 優(yōu)先權日:2014年7月31日
【發(fā)明者】石世宏, 雷定中, 傅戈雁 申請人:蘇州大學