一种用于超高速激光熔覆的环形同轴送粉装置

摘要

本发明应用于激光加工领域，提供了一种用于超高速激光熔覆的环形同轴送粉装置，包括：激光器光学系统，以及自上而下依次连接的顶部部件、中部部件、第一锥形部件和第二锥形部件，所述顶部部件、所述中部部件、所述第一锥形部件和所述第二锥形部件的轴心口贯通组成激光腔室；本发明利用两道正面壁面完成对粉末的减速，采用横向进粉通孔和纵向进粉通孔两级分粉程序将粉末分散均匀，通过锥形收缩腔室加速载气提供粉末动力，最终达到粉末焦点小，汇聚浓度高的效果，且使用此分粉程序可提高粉末焦点位置处空间分布均匀性，使得制备的涂层表面粗糙度更小。

权利要求

1.一种用于超高速激光熔覆的环形同轴送粉装置，其特征在于，包括：

激光器光学系统，以及自上而下依次连接的顶部部件(1)、中部部件(2)、第一锥形部件(3)和第二锥形部件(4)，所述顶部部件(1)、所述中部部件(2)、所述第一锥形部件(3)和所述第二锥形部件(4)的轴心口贯通组成激光腔室(5)，其中：所述顶部部件(1)的轴心口同轴连接所述激光器光学系统，所述顶部部件(1)的上端面设置有多个进粉孔(6)，所述进粉孔(6)垂直贯穿所述顶部部件(1)；

所述中部部件(2)的上端面与所述顶部部件(1)的下端面组合后形成粉末混合室(7)，所述粉末混合室(7)与所述进粉孔(6)相通；在所述粉末混合室(7)与所述中部部件(2)的轴心口之间还设置有一个环形的嵌套部件(8)，所述嵌套部件(8)的周向壁面上设置有多个横向进粉通孔(9)；

所述第一锥形部件(3)的上端面还开设有多个纵向进粉通孔(10)，所述多个纵向进粉通孔(10)沿所述第一锥形部件(3)的轴心口边缘呈环形分布且与所述横向进粉通孔(9)相通；

所述第二锥形部件(4)与所述第一锥形部件(3)组合后构成锥形收缩腔室(11)，所述锥形收缩腔室(11)与所述纵向进粉通孔(10)相通，且所述锥形收缩腔室(11)的粉末汇聚焦点与所述激光腔室(5)的激光聚焦点位于同一点；

包括安装于所述第二锥形部件(4)下端的底部部件(15)，所述底部部件(15)与所述第二锥形部件(4)组合后构成环形气室(16)，所述环形气室(16)的出口高于所述第二锥形部件(4)的下端面；

所述顶部部件(1)、所述中部部件(2)、所述第一锥形部件(3)和所述第二锥形部件(4)的端面上均设置有垂直贯穿本体的通气孔(17)，所述顶部部件(1)、所述中部部件(2)、所述第一锥形部件(3)和所述第二锥形部件(4)的通气孔(17)依次相通且通入所述环形气室(16)。

2.根据权利要求1所述的环形同轴送粉装置，其特征在于，所述中部部件(2)的下端面设置有第一环形凹槽(12)，所述第一锥形部件(3)的上端面设置有第二环形凹槽(13)，所述第一环形凹槽(12)与所述第二环形凹槽(13)组装后构成一级环形水冷腔室；

所述顶部部件(1)和所述中部部件(2)的端面上均设置有注水孔(14)，所述顶部部件(1)和所述中部部件(2)的所述注水孔(14)相通且通入所述一级环形水冷腔室。

3.根据权利要求2所述的环形同轴送粉装置，其特征在于，所述顶部部件(1)的下端面设置有密封橡胶圈，所述密封橡胶圈用于使所述注水孔(14)与所述粉末混合室(7)隔离。

4.根据权利要求2所述的环形同轴送粉装置，其特征在于，所述中部部件(2)的下端面还设置两个第一密封环，所述两个第一密封环分别设置在所述第一环形凹槽(12)的两侧，用于使所述一级环形水冷腔室与外界隔离。

5.根据权利要求1所述的环形同轴送粉装置，其特征在于，所述第一锥形部件(3)的上端面设置有第二密封环，下端面设置有第三密封环，所述第二密封环用于隔离所述激光腔室(5)和所述纵向进粉通孔(10)；所述第三密封环用于使所述锥形收缩腔室(11)与外界隔离。

6.根据权利要求1所述的环形同轴送粉装置，其特征在于，还包括安装于所述底部部件(15)下端的水冷外壳(18)，所述水冷外壳(18)的最低点高于所述第二锥形部件(4)的下端面，且所述水冷外壳(18)与所述底部部件(15)组装后构成二级环形水冷腔室(19)；

所述水冷外壳(18)的外壁上设置有进水口(20)和出水口(21)，所述进水口(20)和所述出水口(21)分别与所述二级环形水冷腔室(19)相通。

7.根据权利要求6所述的环形同轴送粉装置，其特征在于，所述底部部件(15)的下端面设置有第四密封环，所述水冷外壳(18)的上端面设置有第五密封环，所述第四密封环和所述第五密封环用于使所述二级环形水冷腔室(19)与外界隔离。

8.根据权利要求6所述的环形同轴送粉装置，其特征在于，所述水冷外壳(18)的上端面还均匀分布有多个定位孔，所述定位孔用于同轴连接所述第一锥形部件(3)和所述第二锥形部件(4)。

9.根据权利要求1所述的环形同轴送粉装置，其特征在于，所述顶部部件(1)的上端面设置有多个连接定位螺纹孔，所述连接定位螺纹孔用于与所述激光器光学系统同轴连接。

说明书

一种用于超高速激光熔覆的环形同轴送粉装置

技术领域

[0001] 本发明涉及激光加工领域，特别是涉及一种用于超高速激光熔覆的环形同轴送粉装置。

背景技术

[0002] 车辆舰船、钢铁冶金和能源化工等领域的高端装备关键部件往往对表面有耐磨、耐蚀等性能要求需要进行特殊处理。常见的工艺种类主要有电镀、热喷涂、堆焊和激光熔覆技术，其中电镀技术制备涂层薄，一般不超过100μm，在特殊条件下很容易因涂层失效而导致整个零件失效。并且涂层与基材结合差，一般不超过100Mpa，耐腐蚀性差，容易剥落。另外，在生产过程中会造成严重的资源浪费和环境污染是急需替代的行业。热喷涂技术制备的涂层与基体之间是机械结合，结合力弱，一般为100～200MPa，容易剥落。并且制备的涂层气孔较多，往往采用多层沉积制备，导致加工效率较低。在生产过程中，粉末和气体消耗量较大，粉末利用率只有60％左右。堆焊技术制备的涂层一般较厚，可达2～3mm，在制备过程中基材需要预热，热输入量大，热影响区大，容易造成零件较大变形，性能变差。激光熔覆技术具有结合强度高，热输入小，变形小等优点，并且能够通过调整粉末成分获得具有一定性能的涂层，因此在多种行业内得到实际应用。但是这种技术熔覆速率一般为0.5～3m/min,加工效率低，同时粉末利用效率低，一般为50％左右。这种技术将激光能量集中在基材上形成熔池，粉末进入熔池熔化，冷却后形成涂层，使得激光能量利用率较低，并且涂层粗糙度较大。由于其效率较低、生产成本高，大规模产业化应用受限，是目前亟待解决的问题。

[0003] 德国弗劳恩霍夫激光技术研究所(Fraunhofer ILT)和亚琛工业大学(RWTH-Aachen)联合开发了超高速激光熔覆技术，该技术在3KW的激光功率下获得稀释率＜1％，厚度为10～250um具有冶金结合特性的涂层，熔覆速率可达200m/min，熔覆效率为500cm2/min，为耐磨防腐涂层工艺的开发提供了新的思路和方法。这种技术使激光在空中形成近似均匀功率密度区域，粉末在此区域受辐照加热以至熔化，以液态或半液态的形式落入熔池后快速冷却形成涂层，与常规激光熔覆技术相比，熔覆速率快，一般可达25～200m/min；熔覆效率高，一般为0.5～3m2/h；涂层质量高，与基材呈冶金结合，稀释率低；节省能源，粉末利用率高。

[0004] 超高速激光熔覆送粉装置多为传统激光熔覆送粉装置改进得到，多为针式同轴送粉装置，其主要利用多束粉末流交叉汇聚区域粉末浓度最高的特点。由于送粉针需要倾斜一定角度并绕中心轴环形摆放，在制作过程中，加工难度大，废品率高，因此制造成本较高，并且受加工精度影响，无法保证各个送粉针出粉效果完全一致。另外由于送粉针多为空心直管，制作困难，并且受加工条件限制，针孔尺寸有限，导致针式同轴送粉装置粉末汇聚性差，汇聚焦点较大，粉末浓度较低，流出针口后失去约束存在一定的发散角；并且送粉针的倾斜角度以及各针之间的距离无法得出最优参数，使得粉末汇聚浓度低，粉末在激光中飞行时间变短，无法熔化，造成粉末浪费。

发明内容

[0005] 本发明提供一种用于超高速激光熔覆的环形同轴送粉装置，以克服上述技术问题，具有加工方便，粉末焦点小，汇聚浓度高的效果。

[0006] 为了解决上述问题，本发明公开了一种用于超高速激光熔覆的环形同轴送粉装置，包括：

[0007] 激光器光学系统，以及自上而下依次连接的顶部部件、中部部件、第一锥形部件和第二锥形部件，所述顶部部件、所述中部部件、所述第一锥形部件和所述第二锥形部件的轴心口贯通组成激光腔室，其中：

[0008] 所述顶部部件的轴心口同轴连接所述激光器光学系统，所述顶部部件的上端面设置有多个进粉孔，所述进粉孔垂直贯穿所述顶部部件；

[0009] 所述中部部件的上端面与所述顶部部件的下端面组合后形成粉末混合室，所述粉末混合室与所述进粉孔相通；在所述粉末混合室与所述中部部件的轴心口之间还设置有一个环形的嵌套部件，所述嵌套部件的周向壁面上设置有多个横向进粉通孔；

[0010] 所述第一锥形部件的上端面还开设有多个纵向进粉通孔，所述多个纵向进粉通孔沿所述第一锥形部件的轴心口边缘呈环形分布且与所述横向进粉通孔相通；

[0011] 所述第二锥形部件与所述第一锥形部件组合后构成锥形收缩腔室，所述锥形收缩腔室与所述纵向进粉通孔相通，且所述锥形收缩腔室的粉末汇聚焦点与所述激光腔室的激光聚焦点位于同一点。

[0012] 进一步的，所述中部部件的下端面设置有第一环形凹槽，所述第一锥形部件的上端面设置有第二环形凹槽，所述第一环形凹槽与所述第二环形凹槽组装后构成一级环形水冷腔室；

[0013] 所述顶部部件和所述中部部件的端面上均设置有注水孔，所述顶部部件和所述中部部件的所述注水孔相通且通入所述一级环形水冷腔室。

[0014] 进一步的，所述顶部部件的下端面设置有密封橡胶圈，所述密封橡胶圈用于使所述注水孔与所述粉末混合室隔离。

[0015] 进一步的，所述中部部件的下端面还设置两个第一密封环，所述两个第一密封环分别设置在所述第一环形凹槽的两侧，用于使所述一级环形水冷腔室与外界隔离。

[0016] 进一步的，所述第一锥形部件的上端面设置有第二密封环，下端面设置有第三密封环，所述第二密封环用于隔离所述激光腔室和所述纵向进粉通孔；所述第三密封环用于使所述锥形收缩腔室与外界隔离。

[0017] 进一步的，包括安装于所述第二锥形部件下端的底部部件，所述底部部件与所述第二锥形部件组合后构成环形气室，所述环形气室的出口高于所述第二锥形部件的下端面；

[0018] 所述顶部部件、所述中部部件、所述第一锥形部件和所述第二锥形部件的端面上均设置有垂直贯穿本体的通气孔，所述顶部部件、所述中部部件、所述第一锥形部件和所述第二锥形部件的通气孔依次相通且通入所述环形气室。

[0019] 进一步的，还包括安装于所述底部部件下端的水冷外壳，所述水冷外壳的最低点高于所述第二锥形部件的下端面，且所述水冷外壳与所述底部部件组装后构成二级环形水冷腔室；

[0020] 所述水冷外壳的外壁上设置有进水口和出水口，所述进水口和所述出水口分别与所述二级环形水冷腔室相通。

[0021] 进一步的，所述底部部件的下端面设置有第四密封环，所述水冷外壳的上端面设置有第五密封环，所述第四密封环和所述第五密封环用于使所述二级环形水冷腔室与外界隔离。

[0022] 进一步的，所述水冷外壳的上端面还均匀分布有多个定位孔，所述定位孔用于同轴连接所述第一锥形部件和所述第二锥形部件。

[0023] 进一步的，所述顶部部件的上端面设置有多个连接定位螺纹孔，所述连接定位螺纹孔用于与所述激光器光学系统同轴连接。

[0024] 与现有技术相比，本发明包括以下优点：

[0025] 本发明实施例的同轴送粉装置利用两道正面壁面完成对粉末的减速，采用横向进粉通孔和纵向进粉通孔两级分粉程序将粉末分散均匀，通过锥形收缩腔室加速载气提供粉末动力，最终达到粉末焦点小，汇聚浓度高的效果，且使用此分粉程序可提高粉末焦点位置处空间分布均匀性，使得制备的涂层表面粗糙度更小。

附图说明

[0026] 图1是本发明实施例一种用于超高速激光熔覆的环形同轴送粉装置的立体结构示意图；

[0027] 图2是本发明实施例一种用于超高速激光熔覆的环形同轴送粉装置的剖面结构示意图；

[0028] 图3a是本发明实施例顶部部件的立体结构示意图；

[0029] 图3b是本发明实施例顶部部件的剖面结构示意图；

[0030] 图4a是本发明实施例中部部件的立体结构示意图；

[0031] 图4b是本发明实施例中部部件的剖面结构示意图；

[0032] 图5a是本发明实施例第一锥形部件的立体结构示意图；

[0033] 图5b是本发明实施例第一锥形部件的剖面结构示意图；

[0034] 图6a是本发明实施例第二锥形部件的立体结构示意图；

[0035] 图6b是本发明实施例第二锥形部件的剖面结构示意图；

[0036] 图7a是本发明实施例底部部件的立体结构示意图；

[0037] 图7b是本发明实施例底部部件的剖面结构示意图；

[0038] 图8a是本发明实施例水冷外壳的立体结构示意图；

[0039] 图8b是本发明实施例水冷外壳的剖面结构示意图；

[0040] 图9是本发明实施例嵌套部件的立体结构示意图。

[0041] 附图标记说明：

[0042] 1-顶部部件，2-中部部件，3-第一锥形部件，4-第二锥形部件，5-激光腔室，6-进粉孔，7-粉末混合室，8-嵌套部件，9-横向进粉通孔，10-纵向进粉通孔，11-锥形收缩腔室，12-第一环形凹槽，13-第二环形凹槽，14-注水孔，15-底部部件，16-环形气室，17-通气孔，18-水冷外壳，19-二级环形水冷腔室，20-进水口，21-出水口。

具体实施方式

[0043] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

[0044] 参照图1，示出了本发明实施例一种用于超高速激光熔覆的环形同轴送粉装置的立体结构示意图；参照图2，示出了本发明实施例一种用于超高速激光熔覆的环形同轴送粉装置的剖面结构示意图，本发明实施例的环形同轴送粉装置包括：

[0045] 激光器光学系统，以及自上而下依次连接的顶部部件1、中部部件2、第一锥形部件3和第二锥形部件4，所述顶部部件1、所述中部部件2、所述第一锥形部件3和所述第二锥形部件4的轴心口贯通组成激光腔室5，其中：

[0046] 所述顶部部件1的轴心口同轴连接所述激光器光学系统，所述顶部部件1的上端面设置有多个进粉孔6，所述进粉孔6垂直贯穿所述顶部部件1；

[0047] 所述中部部件2的上端面与所述顶部部件1的下端面组合后形成粉末混合室7，所述粉末混合室7与所述进粉孔6相通；在所述粉末混合室7与所述中部部件2的轴心口之间还设置有一个环形的嵌套部件8，所述嵌套部件8的周向壁面上设置有多个横向进粉通孔9；

[0048] 所述第一锥形部件3的上端面还开设有多个纵向进粉通孔10，所述多个纵向进粉通孔10沿所述第一锥形部件3的轴心口边缘呈环形分布且与所述横向进粉通孔9相通；

[0049] 所述第二锥形部件4与所述第一锥形部件3组合后构成锥形收缩腔室11，所述锥形收缩腔室11与所述纵向进粉通孔10相通，且所述锥形收缩腔室11的粉末汇聚焦点与所述激光腔室5的激光聚焦点位于同一点。

[0050] 本发明实施例的同轴送粉装置至少包括顶部部件1、中部部件2、第一锥形部件3和第二锥形部件4。

[0051] 参照图3a，示出了本发明实施例顶部部件1的立体结构示意图；参照图3b，示出了本发明实施例顶部部件1剖面的立体结构示意图；

[0052] 参照图4a，示出了本发明实施例中部部件2的立体结构示意图；参照图4b，示出了本发明实施例中部部件2剖面的立体结构示意图；

[0053] 参照图5a，示出了本发明实施例第一锥形部件3的立体结构示意图；参照图5b，示出了本发明实施例第一锥形部件3剖面的立体结构示意图；

[0054] 参照图6a，示出了本发明实施例第二锥形部件4的立体结构示意图；参照图6b，示出了本发明实施例第二锥形部件4剖面的立体结构示意图。

[0055] 所述顶部部件1的上端面设置有多个连接定位螺纹孔，所述连接定位螺纹孔用于与所述激光器光学系统同轴连接。本发明实施例所述的激光器光学系统为现有的，比如高功率(4000W-10000W)光纤激光器，该激光器主要用于各种轴类零部件的表面激光强化。连接定位螺纹孔可优选设置4个，并且均匀分布在顶部部件1的上端面，以此在保证与激光器光学系统同轴连接的同时，还具有更高的稳定性，使得顶部部件1与激光器光学系统之间连接的更加牢固。

[0056] 其中，顶部部件1、中部部件2、第一锥形部件3和第二锥形部件4自上而下依次连接，本发明实施例的轴心口是指沿部件的中心方向所开的口，顶部部件1、所述中部部件2、所述第一锥形部件3和所述第二锥形部件4的轴心口贯通组成激光所通过的通道，即激光腔室5。

[0057] 所述顶部部件1的下端面均匀设置有多个第一定位螺纹孔，所述第一定位螺纹孔用于至少与所述中部部件2同轴连接；

[0058] 所述中部部件2上均匀设置有多个贯穿本体的第二定位螺纹孔，所述第二定位螺纹孔用于至少与所述顶部部件1和所述第一锥形部件3同轴连接；

[0059] 所述第一锥形部件3上均匀设置有多个贯穿本体的第三定位螺纹孔，所述第三定位螺纹孔用于至少与所述中部部件2和所述第二锥形部件4同轴连接；

[0060] 所述第二锥形部件4上均匀设置有多个贯穿本体的第四定位螺纹孔，所述第四定位螺纹孔用于至少与所述第一锥形部件3和所述底部部件同轴连接。

[0061] 上述几个部件的连接方式可以包括：(1)、第一定位螺纹孔、第二定位螺纹孔、第三定位螺纹孔和第四定位螺纹孔的数量均为4个，且均匀分布在各个部件，4根连接螺杆的一端贯穿第二定位螺纹孔、第三定位螺纹孔和第四定位螺纹孔，使得中部部件2、第一锥形部件3和第二锥形部件4同轴连接为一体，同时再与后续部件如底部部件连接，另一端与第一定位螺纹孔连接，以此将顶部部件1也同轴连接在一起。(2)、第一定位螺纹孔、第二定位螺纹孔的数量均为4个，第三定位螺纹孔和第四定位螺纹孔的数量均为8个。配备8根连接螺杆，4根连接螺杆依次连接第一定位螺纹孔、第二定位螺纹孔、第三定位螺纹孔和第四定位螺纹孔，将顶部部件1、中部部件2、第一锥形部件3和第二锥形部件4同轴连接为一体；另外4根连接螺杆的一端依次连接剩下的第三定位螺纹孔和第四定位螺纹孔，另一端连接后续部件，以此对第一锥形部件3和第二锥形部件4的连接进行再次加固，以提高第一锥形部件3和第二锥形部件4连接的牢固性，增加其在工作时的稳定性。(3)、第二定位螺纹孔的数量为4个，第一定位螺纹孔、第三定位螺纹孔和第四定位螺纹孔的数量均为8个，配备8根连接螺杆，4根连接螺杆依次连接第一定位螺纹孔、第二定位螺纹孔、第三定位螺纹孔和第四定位螺纹孔，将顶部部件1、中部部件2、第一锥形部件3和第二锥形部件4同轴连接为一体；另外4根连接螺杆依次连接第一定位螺纹孔、第三定位螺纹孔和第四定位螺纹孔，对顶部部件1、第一锥形部件3和第二锥形部件4再次加强连接。以上三种方式只是本发明对几个部件连接方式的少量举例，能够实现本发明的将顶部部件1、中部部件2、第一锥形部件3和第二锥形部件4自上而下依次同轴连接的定位螺纹孔设置，以及连接方式均在本方案的保护范围内，在此不多赘述。

[0062] 本发明实施例的同轴送粉装置为几个独立的部件，通过层状配合的方式使其连接为一体，容易使送粉装置与激光保证同轴，多数零件对加工技术要求不高，避免带有角度的深孔加工，成品率高，能相比现有技术大大缩小粉末出口时的缝隙，加工成本较低。另外采用层状配合，避免一体式因一部件损坏，造成全部零件报废的问题，零件损坏易更换，节省人力物力。

[0063] 就具体实现而言，顶部部件1、中部部件2、第一锥形部件3和第二锥形部件4的组装方式可以为：沿顶部部件1的下端开设环形台阶槽，然后将中部部件2沿环形台阶槽套设在顶部部件1上，中部部件2套设在顶部部件1上后会与顶部部件1的外周壁之间留有一定缝隙，即粉末通道；第一锥形部件3分为上下两部分，上部分为圆盘状，下部分为椎体状，第一锥形部件3圆盘状的上部分与顶部部件1的下端面直接连接，然后椎体状的下部分套设在第二锥形部件4内部；第二锥形部件4的上部分也为圆盘状，下部分为椎体状，连接时，第二锥形部件4的上部分与第一锥形部件3的上部分固定，下部分包裹住第一锥形部件3的下部分组合后构成锥形收缩腔室11。

[0064] 基于上述组装方式，粉末混合室7的组成方式可以是在中部部件2的上端面开设一个环形凹槽，然后与顶部部件1的下端面组合后形成；也可以是在中部部件2的上端面和在顶部部件1的下端面均开设一个环形凹槽，两个环形凹槽在两个部件连接后组成。在所述粉末混合室7与所述中部部件2的轴心口之间还设置有一个环形的嵌套部件8，图9是本发明实施例嵌套部件的立体结构示意图，嵌套部件8的安装方式具体可以是在中部部件2的端面上开一个环形卡槽，嵌套部件8的底端卡在环形卡槽上。第一锥形部件3的上端面的轴心口直径与顶部部件1的下端面的轴心口直径等大，这样纵向进粉通孔10正对中部部件2与顶部部件1之间组装后形成的粉末通道，嵌套部件8的周向壁面上设置有多个横向进粉通孔9，横向进粉通孔9与粉末混合室7和粉末通道相通。

[0065] 因此，本发明实施例的送粉路径为：粉末从顶部部件1上端面均匀分布的4路进粉孔6流入，然后垂直落入粉末混合室7中，粉末进入粉末混合室7受到正面壁面阻挡减速，并完成在粉末混合室7各个位置的分散。通过横向进粉通孔9完成第一次分散，接着粉末沿横向进粉通孔9落入粉末通道中，受到狭窄的壁面碰撞再次减速，使得粉末保持低速度运动，然后通过纵向进粉小孔，被分散均匀，随后低速分散均匀的粉末进入锥形收缩腔室11。此时粉末速度主要由载气被压缩提供动力，粉末运动速度与锥形收缩腔室11角度平行，减小粉末离开出口后的发散角，最终从出口喷出汇聚为高浓度的粉末焦点。锥形收缩腔室11的粉末汇聚焦点与激光腔室5的激光聚焦点位于同一点，最终被激光加热融化，成为熔覆层。

[0066] 综上，本发明实施例利用两道正面壁面完成对粉末的减速，采用横向进粉通孔9和纵向进粉通孔10两级分粉程序将粉末分散均匀，通过锥形收缩腔室11加速载气提供粉末动力，最终达到粉末焦点小，汇聚浓度高的效果。且使用此分粉程序可提高粉末焦点位置处空间分布均匀性，使得制备的涂层表面粗糙度更小。

[0067] 在本发明一优选实施例中，所述中部部件2的下端面设置有第一环形凹槽12，所述第一锥形部件3的上端面设置有第二环形凹槽13，所述第一环形凹槽12与所述第二环形凹槽13组装后构成一级环形水冷腔室；

[0068] 所述顶部部件1和所述中部部件2的端面上均设置有注水孔14，所述顶部部件1和所述中部部件2的所述注水孔14相通且通入所述一级环形水冷腔室。

[0069] 所述顶部部件1的下端面设置有密封橡胶圈，所述密封橡胶圈用于使所述注水孔14与所述粉末混合室7隔离。所述中部部件2的下端面还设置两个第一密封环，所述两个第一密封环分别设置在所述第一环形凹槽12的两侧，用于使所述一级环形水冷腔室与外界隔离。

[0070] 本发明优选实施例通过设置注水孔14与一级环形水冷腔室可有效降低第一锥形部件3工作时受激光辐射产生的高温，有利于保护本发明的环形同轴送粉装置。密封橡胶圈和第一密封环能有效隔离外界环境，以及避免水进入粉末混合室7造成粉末起坨，导致送粉路径堵塞的问题。

[0071] 同时，所述第一锥形部件3的上端面设置有第二密封环，下端面设置有第三密封环，所述第二密封环用于隔离所述激光腔室5和所述纵向进粉通孔10；所述第三密封环用于使所述锥形收缩腔室11与外界隔离。本发明实施例通过多个密封环的设置，大大提高了整个装置各个功能的密封性，降低了外界环境干扰。且由于密封环一般采用硅胶或橡胶类耐磨有弹性的材料制成，还能加强各个部件之间连接的稳固性。

[0072] 现有技术中，由于超高速激光熔覆送粉装置，即针式同轴送粉装置送粉主要依靠送粉针来实现，焦点的粉末来源方向受送粉针数目限制，虽然能够形成粉末浓度较大的区域，但在区域内部粉末空间分布极不均匀，造成制备的涂层表面粗糙度较大。由于超高速激光熔覆技术在制备涂层过程中存在大量的反弹粉末，易在出粉口底部及外表面粘附，使用针式同轴送粉装置，经常会出现出粉口处堵粉，甚至烧损送粉针等关键部件，造成生产停止的现象。

[0073] 针对上述问题，本方案的发明人在仔细研究和实验后，还在本发明实施例的同轴送粉装置还包括安装于所述第二锥形部件4下端的底部部件15，所述底部部件15与所述第二锥形部件4组合后构成环形气室16，所述环形气室16的出口高于所述第二锥形部件4的下端面；

[0074] 所述顶部部件1、所述中部部件2、所述第一锥形部件3和所述第二锥形部件4的端面上均设置有垂直贯穿本体的通气孔17，所述顶部部件1、所述中部部件2、所述第一锥形部件3和所述第二锥形部件4的通气孔17依次相通且通入所述环形气室16。参照图7a，示出了本发明实施例底部部件15的立体结构示意图；参照图7b，示出了本发明实施例底部部件15剖面的立体结构示意图。

[0075] 通过上述设置，气体依次通过顶部部件1、中部部件2、第一锥形部件3和第二锥形部件4上的通气孔17垂直进入环形气室16，气体受到压缩作用后在出口处形成环形气帘，环形气室16出口高于第二锥形部件4的下端面，从而使环形气帘包裹第二锥形部件4的下端面下部易粘附反弹粉末的外表面与下端面，当反弹粉末进入气帘区域时，受到气流作用，从而将其吹走，达到保护送粉装置的目的，以此可大大降低出粉口处堵粉的概率。

[0076] 此外，本发明实施例的同轴送粉装置还包括安装于所述底部部件15下端的水冷外壳18，所述水冷外壳18的最低点高于所述第二锥形部件4的下端面，所述水冷外壳18与所述底部部件15组装后构成二级环形水冷腔室19；

[0077] 所述水冷外壳18的外壁上设置有进水口20和出水口21，所述进水口20和所述出水口21分别与所述二级环形水冷腔室19相通。参照图8a，示出了本发明实施例水冷外壳18的立体结构示意图；参照图8b，示出了本发明实施例水冷外壳18剖面的立体结构示意图。

[0078] 本发明实施例通过设置二级环形水冷腔室19，冷却水从进水口20流入，从出水口21流出，可有效降低送粉装置靠近加工区域外表面温度，达到保护送粉装置的作用。水冷外壳18的最低点高于所述第二锥形部件4的下端面，还能进一步降低反弹粉末粘附的问题。

[0079] 所述底部部件15的下端面设置有第四密封环，所述水冷外壳18的上端面设置有第五密封环，所述第四密封环和所述第五密封环用于使所述二级环形水冷腔室19与外界隔离。本发明实施例通过多个密封环的设置，大大提高了二级环形水冷腔室19的密封性，降低了外界环境干扰。

[0080] 所述水冷外壳18的上端面还均匀分布有多个定位孔，所述定位孔用于同轴连接所述第一锥形部件3和所述第二锥形部件4。水冷外壳18上定位孔的设置，通过与第一锥形部件3和第二锥形部件4直接连接，可进一步提高水冷外壳18在工作时的稳固性。

[0081] 以上对本发明所提供的一种用于超高速激光熔覆的环形同轴送粉装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。