本發(fā)明涉及激光熔覆技術(shù)與高溫部件冷卻領(lǐng)域，具體地說，涉及一種用于激光熔覆噴頭的擾流螺紋旋流水冷裝置。

背景技術(shù)：

激光熔覆即高能激光表面熔覆，其物理過程為，在高能激光光束的照射下，基材表面被迅速熔化，液態(tài)的金屬形成一個小規(guī)模的熔池，在熔池中，原本的金屬材料與被添加的粉末相互混合，形成一層新的液態(tài)金屬層，待激光光束經(jīng)過以后，熔池的溫度降低，液態(tài)金屬迅速冷卻，在金屬表面形成新的固態(tài)熔覆層。在熔覆加工過程中，由于激光熔覆噴頭底部與熔池相距很近，激光熔覆噴頭要承受來自激光反射以及熔池?zé)彷椛渌鶐淼暮芨叩臒崃?；隨著激光熔覆噴頭的長時間連續(xù)性工作，熱量不斷累積，最終可能會燒損激光熔覆噴頭。因此，考慮激光熔覆噴頭的壽命及工作狀態(tài)，必須對其強制冷卻。

在“新型激光熔覆噴嘴設(shè)計及實驗研究”(華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2010年，第三章第四節(jié)，21頁—25頁)中，提及的孔式同軸送粉噴嘴的零件設(shè)計的冷卻效果，是通過在激光束通道內(nèi)壁上嵌入水冷套來實現(xiàn)的；但由于受到加工方法的限制，需要先單獨加工出水冷套，再通過焊接的方式與激光熔覆噴頭裝配在一起使用，存在加工較繁瑣、冷卻面積有限的缺陷。

在專利CN102828179A中公開了“一種用于激光熔覆的內(nèi)冷噴頭”，該內(nèi)冷噴頭結(jié)構(gòu)中,具有開設(shè)在激光熔覆噴頭上的通入高壓空氣或液體的環(huán)形冷卻通道，該環(huán)形冷卻通道的中心軸與激光通道的中心軸相重合。雖然其設(shè)計的內(nèi)冷激光熔覆噴頭將同軸噴粉、同軸保護氣體、以及同軸冷卻三項同軸方案設(shè)計在一個激光熔覆噴頭結(jié)構(gòu)中，使得熔覆效果好、效率高，但是由于環(huán)形冷卻通道的設(shè)計位置僅僅會對部分送粉通道有冷卻效果，而對于激光熔覆噴頭的高溫區(qū)，即激光熔覆噴頭底部并沒有冷卻效果，從而影響激光熔覆噴頭的工作狀態(tài)及使用壽命。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了避免現(xiàn)有技術(shù)中激光熔覆噴頭的冷卻部件加工復(fù)雜繁瑣，激光熔覆噴頭的冷卻面積有限及冷卻效果差的不足，本發(fā)明提出一種用于激光熔覆噴頭的擾流螺紋旋流水冷裝置。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:包括水冷錐套、熔覆噴頭，其特征在于水冷錐套還包括螺旋冷卻通道、擾流螺紋、連接通道、出水口、進水口、激光孔、送粉孔，所述水冷錐套為圓環(huán)與圓錐一體結(jié)構(gòu)的倒錐形體，水冷錐套上部分圓環(huán)內(nèi)壁有螺紋，水冷錐套位于熔覆噴頭下部，且與熔覆噴頭螺紋連接，水冷錐套與熔覆噴頭同軸，且完全包覆熔覆噴頭底部；

所述水冷錐套壁內(nèi)設(shè)有螺旋冷卻通道，螺旋冷卻通道環(huán)繞熔覆噴頭軸向向上逐層增大，每層螺旋冷卻通道之間通過連接通道連接相通，螺旋冷卻通道內(nèi)壁面設(shè)置擾流螺紋，用于強化換熱冷卻，水冷錐套底部中心開有激光孔，沿中心激光孔周向均勻分布有送粉孔，激光孔與熔覆噴頭內(nèi)激光通道對應(yīng)相通，且激光孔直徑大于激光通道端口直徑，送粉孔與熔覆噴頭的送粉通道對應(yīng)相通，且送粉孔直徑大于送粉通道直徑，水冷錐套側(cè)壁上有出水口和進水口分別與螺旋冷卻通道上端口和下端口相連通，水冷錐套的出水口和進水口分別與外部的冷卻系統(tǒng)連接。

所述水冷錐套的送粉孔為多個，且與熔覆噴頭的送粉通道數(shù)量相同。

所述螺旋冷卻通道截面為圓形結(jié)構(gòu)。

所述熔覆噴頭為錐形體結(jié)構(gòu)，內(nèi)腔為激光通道且與熔覆噴頭同軸，熔覆噴頭體內(nèi)設(shè)有送粉通道，多個等直徑送粉通道以熔覆噴頭中軸線周向均勻分布，且送粉通道軸線的延長線匯聚于一點。

有益效果

本發(fā)明提出的一種用于激光熔覆噴頭的擾流螺紋旋流水冷裝置,采用帶有擾流螺紋的螺旋冷卻通道的水冷錐套，有效地增加了冷卻效果。水冷錐套結(jié)構(gòu)完全包覆激光熔覆噴頭，螺旋冷卻通道環(huán)繞整個激光熔覆噴頭結(jié)構(gòu)，提高對激光熔覆噴頭底部的冷卻效果，實現(xiàn)高效冷卻激光熔覆噴頭；水冷錐套底部覆蓋激光熔覆噴頭的底部，通過導(dǎo)熱保護熔覆噴頭；而且具有遮擋來自激光反射,以及熔池?zé)彷椛渌鶐淼妮^高的熱量的作用，增加激光熔覆噴頭安全可靠性。在水冷錐套底部有激光孔和送粉孔與送粉通道和激光通道對應(yīng)相通。熔覆噴頭在螺旋冷卻通道及擾流螺紋的強化冷卻下導(dǎo)熱，有效地避免由于激光熔覆噴頭在高溫影響下的變形而使粉末阻塞出粉口的情況，提高送粉的工作時間，提升熔覆效果。

本發(fā)明用于激光熔覆噴頭的擾流螺紋旋流水冷裝置,其水冷錐套結(jié)構(gòu)與激光熔覆噴頭裝配連接，具有結(jié)構(gòu)簡單、加工方便、拆卸安裝便捷的特點，降低其生產(chǎn)成本；適用于激光熔覆、激光三維制造、材料合成、激光修復(fù)及激光加工領(lǐng)域。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施方式對本發(fā)明一種用于激光熔覆噴頭的擾流螺紋旋流水冷裝置作進一步詳細說明。

圖1為本發(fā)明用于激光熔覆噴頭的擾流螺紋旋流水冷裝置軸測圖。

圖2為本發(fā)明圖1的A-A向剖視圖。

圖3為本發(fā)明用于激光熔覆噴頭的擾流螺紋旋流水冷裝置示意圖。

圖4為本發(fā)明圖3的B-B向剖視圖。

圖5為本發(fā)明圖3的C-C向剖視圖。

圖6為本發(fā)明的旋流環(huán)形通道局部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為本發(fā)明的水冷錐套與熔覆噴頭配合連接后軸測圖。

圖8為本發(fā)明的水冷錐套與熔覆噴頭配合連接后仰視圖。

圖9為圖7的D-D向剖視圖。

圖中:

1.出水口 2.進水口 3.激光孔 4.送粉孔 5.螺旋冷卻通道 6.送粉通道 7.激光通道8.水冷錐套 9.熔覆噴頭 10.擾流螺紋 11.連接通道

具體實施方式

本實施例是一種用于激光熔覆噴頭的擾流螺紋旋流水冷裝置。

參閱圖1～圖9，本實施例用于激光熔覆噴頭的擾流螺紋旋流水冷裝置，由水冷錐套8、熔覆噴頭9組成；其中,水冷錐套8還包括螺旋冷卻通道5、擾流螺紋10、連接通道11、出水口1、進水口2、激光孔3、送粉孔4，水冷錐套8為圓環(huán)與圓錐一體結(jié)構(gòu)的倒錐形體，水冷錐套8上部分圓環(huán)內(nèi)壁有螺紋，水冷錐套8位于熔覆噴頭9下部，水冷錐套8與熔覆噴頭9通過螺紋配合連接，水冷錐套8的中心軸線與熔覆噴頭9的中心軸線相重合，且水冷錐套8結(jié)構(gòu)完全包覆熔覆噴頭底部。

水冷錐套8壁內(nèi)設(shè)有螺旋冷卻通道5，螺旋冷卻通道5環(huán)繞熔覆噴頭9軸向向上逐層增大，每層螺旋冷卻通道5之間通過連接通道11連接相通，螺旋冷卻通道5內(nèi)壁面加工有擾流螺紋10，用于強化換熱冷卻；螺旋冷卻通道5的中心軸線與熔覆噴頭9的激光通道7的中心軸線相重合；螺旋冷卻通道5截面為圓形結(jié)構(gòu)。水冷錐套8底部中心加工有激光孔3，中心激光孔3的周向均勻分布有送粉孔4，激光孔3與熔覆噴頭內(nèi)激光通道7對應(yīng)相通，且激光孔3的直徑大于激光通道端口直徑；送粉孔4與熔覆噴頭的送粉通道6對應(yīng)相通，且送粉孔4直徑大于送粉通道6直徑，保證送粉通道6和激光通道7的暢通。

本實施例中,水冷錐套的送粉孔4為三個等直徑通孔，水冷錐套的送粉孔4的數(shù)量與熔覆噴頭的送粉通道6的數(shù)量相同。螺旋冷卻通道5半徑、連接通道11角度和螺旋冷卻通道5截面尺寸均需要根據(jù)熔覆噴頭9的實際尺寸、水冷錐套8的厚度及冷卻效果而定。

本實施例中,水冷錐套8側(cè)壁上加工有出水口1和進水口2分別與螺旋冷卻通道5的上端口和下端口相連通，水冷錐套8的出水口1和進水口2分別與外設(shè)的冷卻系統(tǒng)連接。工作時，外部的冷卻系統(tǒng)將冷卻水由水冷錐套8下端的進水口2進入螺旋冷卻通道5，冷卻水環(huán)繞整個熔覆噴頭9后，冷卻系統(tǒng)再將冷卻水從水冷錐套8上端的出水口1抽出，并通過外部的冷卻系統(tǒng)回收，實現(xiàn)對熔覆噴頭9的冷卻。冷卻水在流過整個螺旋冷卻通道5的同時，由于螺旋冷卻通道5內(nèi)壁上的擾流螺紋10的作用，有效地強化冷卻效果。水冷錐套8結(jié)構(gòu)底部包覆熔覆噴頭9的底部，通過導(dǎo)熱對熔覆噴頭9進行保護，同時具有遮擋來自激光反射,以及熔池?zé)彷椛渌鶐淼妮^高的熱量的作用。螺旋冷卻通道5以及擾流螺紋10結(jié)構(gòu)，使熔覆噴頭9的溫度分布散熱、強化冷卻，提升熔覆噴頭9熔覆效果。

本實施例中，熔覆噴頭9為倒錐形，上部分為臺階圓柱體、下部分為錐形體結(jié)構(gòu)，內(nèi)腔為激光通道7且與熔覆噴頭9同軸，激光通道7為臺階圓錐孔。熔覆噴頭9體內(nèi)設(shè)有等直徑送粉通道6，三個送粉通6道以熔覆噴頭9中軸線周向均勻分布，且三個送粉通道6的軸線的延長線匯聚于一點，實現(xiàn)三孔同軸送粉。在熔覆噴頭9工作之前，將帶有螺旋冷卻通道5的水冷錐套8與熔覆噴頭9裝配通過螺紋連接。由于水冷錐套8結(jié)構(gòu)為單一整體部件，不會出現(xiàn)因裝配不當(dāng)影響冷卻效果,或發(fā)生漏水現(xiàn)象。裝配完成后，水冷錐套8結(jié)構(gòu)完全包覆熔覆噴頭9，水冷錐套8底部加工有激光孔3和送粉孔4分別與熔覆噴頭9的激光通道7和送粉通道6相對應(yīng)，且激光孔3和送粉孔4的直徑大于激光通道端口直徑和送粉通道6的直徑；保證送粉通道6與激光通道7的暢通。當(dāng)熔覆噴頭9工作時，外部的冷卻系統(tǒng)將冷卻水由下端的進水口2送入旋流冷卻通道，環(huán)繞整個激光熔覆噴頭9后，冷卻系統(tǒng)再將冷卻水從上端的出水口1抽出，并通過外部的冷卻系統(tǒng)回收。在經(jīng)過整個螺旋冷卻通道5的同時，通過擾流螺紋10的作用，有效地加強冷卻效果。水冷錐套8底部覆蓋激光熔覆噴頭9的底部，通過導(dǎo)熱及遮擋，保護受熱輻射影響最大的熔覆噴頭下緣。