一種寬帶激光熔覆系統(tǒng)及其送粉噴嘴的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于激光熔覆工藝與設備領域，更具體地，涉及一種寬帶激光熔覆系統(tǒng)及其送粉噴嘴。
【背景技術】
[0002]高質量激光熔覆是材料表面改性的重要途徑，在實現(xiàn)大面積激光熔覆的時候，需要采用寬帶熔覆技術，光束截面形狀為長條矩形，送粉的寬度需要與條形的寬帶相適應，當送粉寬度大于激光寬度時，則造成粉末材料的浪費，而激光寬度大于送粉寬度時，則容易對基材造成熱沖擊和熱輸入，使涂層的表面與內部出現(xiàn)裂紋。
[0003]激光熔覆的送粉方法分為預置法和同步送粉法，同步送粉法中，根據(jù)送粉方式不同，送粉噴嘴的結構也不同。目前在寬帶熔覆技術中，多采用更換噴頭，或者更換噴頭內的零件來調節(jié)同步送粉的寬度，如專利文獻CN103484856B。這種方法不僅操作比較繁瑣，而且由于噴頭型號以及零件型號都是固定設計，大多數(shù)情況下無法完全適應激光的寬度，從而造成激光熔覆材料的浪費。

【發(fā)明內容】

[0004]針對現(xiàn)有技術的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種寬帶激光熔覆系統(tǒng)，其目的在于將送粉噴嘴的出料口設計為矩形結構，通過送粉噴嘴(13)角度的調節(jié)，從而在不更換噴嘴的前提下實現(xiàn)送粉寬度的改變。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種寬帶激光熔覆系統(tǒng)，包括送粉噴嘴以及角度調節(jié)裝置，所述送粉噴嘴的出料口為矩形，且所述矩形的寬度大于所述矩形的高度，所述角度調節(jié)裝置與所述送粉噴嘴連接，用于調節(jié)所述出料口在水平方向的角度，從而改變所述送粉噴嘴的送粉寬度，使所述送粉寬度在所述矩形的寬度與高度之間變化。
[0006]優(yōu)選地，所述角度調節(jié)裝置包括支撐架，旋轉盤，轉軸以及螺旋升降板，所述轉軸通過軸承安裝于所述支撐架上，從而在垂直方向固定，在水平方向繞所述軸承自由轉動，所述轉軸通過固定于所述轉軸上的旋轉盤與所述螺旋升降板水平套接，所述轉軸下端與所述送粉噴嘴固定連接；所述螺旋升降板用于沿其中心軸上下移動，從而改變與所述旋轉盤套接處的旋轉角，進而改變所述轉軸的角度；所述轉軸通過改變自身的角度，從而改變固定于下端的送粉噴嘴的角度，進而改變出料口的寬度與熔覆方向的夾角，最終改變送粉寬度。
[0007]作為進一步優(yōu)選地，所述螺旋升降板的高度大于等于1/4個螺距，使得所述送粉噴嘴的旋轉角度大于等于90°。
[0008]作為進一步優(yōu)選地，還包括過渡板以及聚焦鏡，所述過渡板與所述聚焦鏡以及所述螺旋升降板固定連接；所述過渡板用于控制所述聚焦鏡的高度，從而改變所述熔覆系統(tǒng)的激光光斑寬度，同時用于控制所述螺旋升降板的高度，并改變所述送粉噴嘴的送粉寬度，使得所述激光光斑寬度與送粉寬度相適應。
[0009]作為進一步優(yōu)選地，所述寬帶激光熔覆系統(tǒng)還包括中央控制裝置以及電機，所述中央控制裝置、電機以及過渡板依次相連，所述中央控制裝置用于對所述電機發(fā)出指令信號，從而控制所述過渡板的高度，進而改變所述激光光斑寬度與送粉寬度。
[0010]作為進一步優(yōu)選地，所述中央控制裝置包括依次相連的熔寬檢測器以及PID反饋單元，所述PID反饋單元與電機相連，所述熔寬檢測器用于檢測激光光斑寬度，所述PID反饋單元用于根據(jù)所述熔寬檢測器的檢測結果調節(jié)所述激光光斑寬度。
[0011 ] 作為進一步優(yōu)選地，還包括手動調節(jié)裝置，所述手動調節(jié)裝置與所述過渡板相連，用于控制所述過渡板的高度，從而改變所述激光光斑寬度與送粉寬度。
[0012]按照本發(fā)明的另一個方面，還提供了一種用于該系統(tǒng)的送粉噴嘴，所述送粉噴嘴為左右對稱的六面體結構，其上表面和下表面為梯形，前表面設置有送料口，后表面設置有矩形出料口，且所述矩形出料口的寬度a大于高度h，所述送粉噴嘴(13)用于將所述送料口(14)送入的粉料整形成平直寬帶，并從矩形出料口送出，所述送粉噴嘴的送粉寬度w為出料口的寬度與恪覆方向的夾角α的正弦之積，即w = asina。
[0013]優(yōu)選地，在所述送粉噴嘴內部設置有多個擴粉柱，所述多個擴粉柱貫穿所述送粉噴嘴的高度方向，用于將從送料口送入的粉料擴散分流。
[0014]作為進一步優(yōu)選地，所述擴粉柱的直徑與間距相同。
[0015]作為進一步優(yōu)選地，所述多個擴粉柱的直徑從送料口方向至矩形出料口(15)方向逐漸遞減。
[0016]總體而言，通過本發(fā)明所構思的以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，由于通過將送粉噴嘴的出料口的設計為矩形結構，能夠取得下列有益效果:
[0017]1、將送粉噴嘴的出料口設計為矩形結構，通過角度調節(jié)裝置與送粉噴嘴相連接，改變出料口與熔覆方向的夾角，從而在不更換噴嘴的前提下改變送粉寬度，不僅簡化了操作流程，還使得送粉寬度更加可控，不僅減少了粉料的浪費，還更加適應寬帶激光熔覆系統(tǒng)的要求；
[0018]2、通過螺旋升降板，把送粉噴嘴角度的控制轉化為高度的控制，從而使得控制更加精確；
[0019]3、優(yōu)選通過過渡板連接聚焦鏡和螺旋升降板，通過改變聚焦鏡的高度改變激光光斑寬度，使得激光光斑寬度與送粉寬度相適應，避免了粉料的浪費以及激光對基材的破壞；
[0020]4、優(yōu)選利用熔寬檢測器和PID反饋單元，自動檢測激光光斑寬度從而實現(xiàn)自適應調節(jié)，避免了溫度等環(huán)境因素對熔覆寬度的影響；
[0021]5、送粉噴嘴設計為梯形結構，內部設置有擴粉柱，使得送出的粉料更加均勻，寬帶激光熔覆的效果更好。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明寬帶激光熔覆系統(tǒng)結構示意圖；
[0023]圖2是本發(fā)明寬帶激光熔覆系統(tǒng)的角度調節(jié)裝置以及中央控制裝置結構示意圖；
[0024]圖3是本發(fā)明送粉噴嘴結構示意圖；
[0025]圖4是本發(fā)明送粉噴嘴送粉寬度最大時的示意圖，其中，圖4a為送粉噴嘴的側視圖，圖4b為送粉噴嘴的送粉寬度示意圖；
[0026]圖5是本發(fā)明送粉噴嘴送粉寬度最小時的示意圖，其中，圖5a為送粉噴嘴的側視圖，圖5b為送粉噴嘴的送粉寬度示意圖；
[0027]圖6是本發(fā)明送粉噴嘴的寬度與熔覆方向呈α角時的送粉寬度示意圖，其中，圖5a為送粉噴嘴的側視圖，圖5b為送粉噴嘴的送粉寬度示意圖；
[0028]圖7是實施例1送粉噴嘴擴束原理示意圖。
[0029]在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結構，其中:1_中央控制裝置，2-角度調節(jié)裝置，3-送粉系統(tǒng)，4-電機，5-過渡板，6-連桿，7-手動輪盤，8-螺旋升降板，9-旋轉盤，10-轉軸，11-輸送管，12-擴粉柱，13-送粉噴嘴，14-進料口，15-出料口，21-輸送管粉流區(qū)，22-進料口粉流區(qū)，23-近出口粉流區(qū)，24-出口部位粉流區(qū)，22a-彌漫飛散區(qū)，22b-擴散粉流區(qū)。
【具體實施方式】
[0030]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0031]本發(fā)明提供了一種寬帶激光熔覆系統(tǒng)，包括送粉系統(tǒng)3以及角度調節(jié)裝置2以及中央控制裝置I等部分，所述送粉系統(tǒng)包括送粉噴嘴，送粉噴嘴的出料口為矩形，且所述矩形的寬度大于所述矩形的高度，所述角度調節(jié)裝置2與所述送粉噴嘴連接，用于調節(jié)所述出料口在水平方向的角度，從而改變所述送粉噴嘴的送粉寬度，使所述送粉寬度在所述矩形的寬度Wniax與高度W _之間變化，如圖1所示。
[0032]其中，所述角度調節(jié)裝置2包括支撐架，旋轉盤9，轉軸10以及螺旋升降板8，如圖2所示，所述轉軸10通過上下兩端的軸承安裝于所述支撐架上，從而在垂直方向固定，在水平方向繞所述軸承轉動，且所述轉軸10通過固定于所述轉軸上的旋轉盤9與所述螺旋升降板8套接，所述轉軸下端與所述送粉噴嘴的上端固定連接；所述螺旋升降板8用于沿所述螺旋升降板的中心軸上下移動，從而改變與所述旋轉盤9套接處的旋轉角，進而改變所述轉軸10的角度；所述轉軸10通過改變自身的角度，從而改變固定于下端的送粉噴嘴的角度，進而改變出料口的寬度與熔覆方向的夾角，最終改變送粉寬度；所述螺旋升降板的高度最小為1/4個螺距，使得所述送粉噴嘴的旋轉角度大于等于90°。
[0033]在激光熔覆過程中，激光焦點處的光斑寬度最小，通常需要通過調節(jié)聚焦鏡使熔覆部位有一定的離焦量，從而改變其激光光斑寬度，當采用正離焦時，聚焦鏡越高，則激光寬度越大，當采用負離焦時，聚焦鏡越低，則激光寬度越大。實際應用中，需要根據(jù)激光熔覆的需求采用正離焦或者負離焦。該寬帶激光熔覆系統(tǒng)還包括可以包括過渡板6以及聚焦鏡，所述聚焦鏡與所述螺旋升降板8固定于所述過渡板6上；所述過渡板6用于控制所述聚焦鏡的高度，從而改變所述熔覆系統(tǒng)的激光光斑寬度，同時用于控制所述螺旋升降板的高度，并改變所述送粉噴嘴的送粉寬度，使得所述激光光斑寬度與送粉寬度相適應。在實際應用中，可以將激光器的光斑尺寸，聚焦鏡的焦距以及螺旋升降板8的螺距相配合，實現(xiàn)過渡板6在升降的過程中，光斑寬度的變化趨勢與送粉寬度的變化趨勢相一致，且送粉寬度約等于光斑寬度。通過設計送粉噴嘴的寬度和高度，螺旋升降板的螺距，以及選擇合適的激光器和聚焦鏡，該系統(tǒng)可以滿足不同的寬帶激光熔覆需求。
[0034]所述寬帶激光熔覆系統(tǒng)還可以包括電機4，所述中央控制裝置1、電機4以及過渡板6依次相連，所述中央控制裝置I用于對所述電機4發(fā)出指令信號，從而控制所述過渡板6的高度，同時改變所述激光光斑寬度與送粉寬度。中央控制裝置通過依次相連的熔寬檢測器以及PID反饋單元實現(xiàn)，所述PID反饋單元與電機相連，所述熔寬檢測器用于檢測所述激光光斑寬度，所述PID反饋單元用于根據(jù)所述熔寬檢測器的檢測結果對激光光斑寬度進行調節(jié)。
[0035]所述寬帶激光熔覆系統(tǒng)還可以包括手動調節(jié)裝置7，所述手動調節(jié)裝置7與所述過渡板6相連，用于控制所述過渡板6的高度，從而改變所述激光光斑寬度與送粉寬度。
[0036]用于該寬帶激光熔覆系統(tǒng)的送粉噴嘴的結構如圖3所示，所述送粉噴嘴為左右對稱的六面體結構，其上表面和下表面為梯形，前表面設置有送料口 14，