一种新型载气式激光熔敷送粉器

! ! ! 作者简介： 刘常乐 （ &:<" —） ， 男， 安徽省合肥市人， 硕士研究生； 杨洗陈 （ &:=& —） ， 男， 回族， 吉林省长春市人， 教授， 博士生导师*
万方数据
第 8 期" " " " " " " " " " " " " " 刘常乐等： 一种新型载气式激光熔敷送粉器" " " " " " " " " " " " " " "
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表 !" 7 种不同料性的合金粉末 8,9& !" 8)3** :$;24 ./ ,<<.= 0.12*3 1$-) 2$//*3*;- 03*0*3-$*4" "
粉末种类 %&$’( （ %&)$ ） *( +,’ -# .(/’ -# 粒度 1 目 5 06$ 5 ’$$ 5 ’$$ 密度 （ 1 2・34 5 # ） 7! 8 9! # ’! 9
7 7 根据试验条件， 用聚焦法作了试验， 基材为不锈钢 钢片" 激光工艺参数为激光功率 ! （ 8)） 和激光扫描速 度" （ 99 : ;） " 其中， #$%&’ （ #$(% ） （ ! < 5" 5 8)， " <! 99 : ;） （ ! < 5 # ! 8)， " <! ； #$-)’ 、 #$-*+& ,! -’.& ,! 99 : ;） " 6 " 7" 激光熔敷外观形貌照片 7 7 图 ! 为激光熔敷外观形貌照片"
! 种不同料性的超细合金粉末粉" #$%&’ （ #$(% ） 合金粉 具有流动性好、 与基材相结合表面光洁、 价格适中等特 点；)’ 合金粉熔点较高， 流动性差； *+& ,! -’.& ,! 合金 粉熔点较高， 流动性差" #$%&’ （ #$(% ） 、 )’ 属于超细重 粉， 而 *+& ,! -’.& ,! 属 于 超 细 轻 粉" 表 & 为 #$%&’ （ #$(% ） 基本成份" 试验基材皆选用不锈钢材料"
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第 "" 卷! 第 # 期 "$$% 年 &$ 月
天! 津! 工! 业! 大! 学! 学! 报 !"#$%&’ "( )*&%!*% +"’,)-./%*. #%*0-$1*),
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一种新型载气式激光熔敷送粉器
刘常乐， 杨洗陈， 王云山
（ 天津工业大学 激光技术研究所，天津 %$$&2$ ）
FG 送粉器的设计
! ! 本文设计的送粉器， 其粉末喂送装置采用封闭式 载气系统， 气动输送采用分路输送， 可造成负压输送， 利于粉末流动和分散； 其主体结构采用分体式， 粉斗、 粉体腔可分离且内充平衡气体， 主要部件粉体腔采用 整体式结构； 利用粉轮拨送粉末， 交流微型电机提供动
!
收稿日期： "$$% T $2 T &&! ! ! 基金项目： 天津市攻关项目 （ $$%&$&$&& ）
* 目前专门应用于该项技术
的送粉设备有自重式送粉器、 螺杆式送粉器、 刮板式送 粉器等* 国内外也有报道其他类似的送粉器， 但对于超 细合金粉末输送难题至今未能很好地解决， 如分散不 均匀、 易形成粉帘、 粉流不畅、 稳定性不太好等， 甚至有 的根本不能输送超细粉末， 更不能满足零件复杂位置 的加工需要* 综合这方面的实际情况， 本文设计出一种 新型的气动送粉器， 以弥补这方面的不足*
7" 激光熔敷试验
" " 目前 %& 基自熔性合金激光熔敷技术比较成熟， 熔
［ 6］ ， 而对于 *( 、 +,’ -# .(/’ -# 等陶瓷材料 敷效果较好
" " 送粉工艺参数如下： 送粉量 " （ 2 1 4&:） ；送粉精度 （; ） ；粉末利用率 " （; ） ； 气流速度 （ ! < 1 4&: ） ；粉 ! 万方数据 刻 #； 转速 $ （ / 1 4&:） !
Βιβλιοθήκη Baidu
图 @" 多道搭接 #$%!& （ #$’% ） 超细合金粉末激光熔敷过渡 区和熔敷层内部组织 8$9+ @" A$.</-2<B.2B<; /4 0B=2$C2<).DCE/$3;> #$%!& （ #$’% ） -B1;<4$3; 1/F>;< =)-;< .=)>>$39 =G)?;< )3> $32;<C 9<)>)2$/3 H/3;
" " 在落粉腔结构上， 设计气流经入口进入再经入口 下端的缩口后才进入落粉腔! 在气动力学上定义这种
［ #］ !根 先收缩后扩大的喷管为缩放管， 也称拉法尔管
#$%& 6" >5,;-$-= (?53?*4 ./ /**2$;% 0.12*34
" " 测定送粉量时发现， 送粉量随转速的变化而变化， 气流量影响粉流的速度! 气流量增大， 粉流速度增大! 当然， 送粉量的大小也与该种粉末的密度有一定关系! 因相同体积的粉末， 其质量不一， 故相同转速、 气流条 件下， 密度大的， 每分钟输送的粉末质量大! 6 ! 6" 送粉运输均匀性的表征 " " 对于送粉的均匀性问题， 主要考察其单位时间内 运输粉末的质量有无波动! 不同转速下送粉运输的情 况是个因素很多、 情况比较复杂的问题， 用送粉精度来 界定运输的稳定性， 定义的送粉精度可用下式来表示： " " " ! = )" % )&
6" 载气粉末运输试验
" " 在气动送粉试验中， 针对要解决超细合金粉末的 （ %&)$ ） 、 *( 、 +,’ -# .(/’ -# 输送难题， 笔者研究了 %&$’( # 种不同料性的超细合金粉末的气动送粉， 对比试验 如表 0! 这 # 种粉末的基本料性如下： 镍基合金粉密度 较大， 流动性好； +,’ -# .(/’ -# 密度很低， 流动性差； *( 粉末密度较镍基粉末稍大， 流动性也差!
熔敷技术还不成熟， 熔敷效果不甚理想， 因此， 在后面 两种超细粉末中添加了 %& 基超细粉末以改善熔敷效 果! 即采用上述 %&$’( （ %&)$ ） 、 %&.*( 、 %&.+,’ -# .(/’ -#
— !& — 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 天7 津7 工7 业7 大7 学7 学7 报7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 第 && 卷
表 !" #$%!& （ #$’% ） 基本成份 ()*+ !" ,)-$. &/01/-$2$/3 /4 #$%!& （ #$’% ） " " " 5
成份 含量 ’ %" 34 /$ 4" & 0 !" 3 ’. 5( 12 (6 #$ 余量
过渡区和熔敷层内部组织， 如图 4 所示"
$ < 4， % < 4 = : 9$>， & < !% . : 9$>， ! < 5 # 5 8)， " < ! 99 : ;"
! ! 激光熔敷日臻成熟， 该项技术的专用送粉设备是 其中的关键技术之一
［ &， "］
力* 送粉均匀易控， 且避免了粉末挤压； 这其中， 密封腔 密封性能的好坏是关键， 因为既要保持气压平衡， 又要 防止粉末进入轴承腔* 本设备对粉体腔采用多重密封， 各密封点加置密封圈， 密封性能优良* 图 & 为送粉器装 配结构示意图* ! ! 在气动输送管路设计上， 设计的输送气体分 = 路 进入送粉器， 即分别进入粉斗、 粉斗与粉体腔之间的落 粉通道、 落粉腔、 轴承座腔* 第 & 路气体通入粉斗， 其作 用是在粉斗中存在一定的压力， 从而使粉末易于下落， 并且避免粉末回流； 第 " 路气体送入粉斗与粉体腔之 间的落粉通道， 其进口位置在送粉开关的下方， 作用与 前者相似； 第 % 路直接接落粉腔， 这一路最关键， 它直 接与粉轮拨出的粉末接触， 在落粉腔内将粉末分散， 形 成流体， 出落粉腔口， 流入输送橡皮管； 第 = 路气体通 入轴承座内腔， 保持腔内正压， 主要起平衡作用， 防止 粉轮旋转拨送粉末时粉末和外界灰尘进入轴承* 另外， 根据需要可在气路连接粉斗一端安装一个安全阀， 保
!
摘! 要： 为解决超细粉末的送粉问题， 研究一种新型的载气式送粉器， 粉末通过粉轮均匀拨送， 能在气流作用下经 落粉腔分散后流出* 选用 +3$"4 （ +32$ ） 、 5)" ,% 641" ,% 和 74 这 % 种不同料性的超细合金粉末应用该装置进 行了气动送粉试验， 对送粉器的性能进行了数据测定和界定， 并应用上述超细合金粉末进行了激光熔敷试 验， 获得了理想的效果* 关键词： 激光熔敷； 超细粉末； 气动输送： 送粉器 中图分类号：89&#2* :: ；8;&""! ! ! 文献标识码：5! ! ! 文章编号： &2<&6 $"=> （ "$$% ） $#6 $$%$6 $=
— #0 —
持粉斗的气压平衡!
6 ! !" 7 种超细合金粉末气动送粉曲线 " " 图 ’ 为 # 种超细合金粉末在同一气流速度下 （! = # < 1 4&:） 的送粉曲线图!
图 !" 送粉器装配结构示意图 #$%& !" ’()*+,-$( ./ -)* 0.12*3 /**2*3 4-35(-53* 图 6" 7 种粉末送粉曲线图
（0）
其中， )" = ))" $ ’) ( 为不同转速 $ ’ 下 ) ( 时刻的送粉 量偏差和； )& = ))& $ ’) ( 为不同转速 $ ’ 下 ) ( 时刻的
’ = 0( = 8 9 )
为不同转速 （ #$ ， 6$ ， 8$ ， …， >$ ， 送粉总量； $（ ’ / 1 4&: ） （ 为不同时刻 （8， 0$ ， 08 ， ’$ ， ’8 ， #$ ） ! 0$$ ） ； ) ( 4&: ） " " 根据上述结果计算出了 # 种粉末的送 粉 精 度! 1 %&$’( （ %&)$ ） ： 最大 ! = $ * 7> + ， *( ： 最大 ! = $ * #9 + ； 1 +,’ -# .(/’ -# ： 最大 ! = 0! 0>; ， ! = $ * 9$ + ， ! = $ * 6$ + ； 1 = $! 87; ! 比重较小的 +,’ -# .(/’ -# 的超细粉末受到 ! 气流的影响较前两者大!
7 7 （ & ）单道 #$-)’ 粉末激光熔敷过渡区和熔敷层 内部组织， 如图 6"
9 ) ’ = 0( = 8
据相似性原理， 本系统中为了将粉轮沿圆周切线方向 送出的初速度 !$ 的粉末颗粒吹散和载送， 落粉腔的结 构采用了拉法尔管结构， 气流通过渐缩通道， 再经细小 气流通过较短的通道即可获 管道进入渐大管腔! 这样， 得较大的压力， 当与粉轮拨送的粉末相遇时利于载送 粉末以及粉末的分散!