一、项目背景

激光熔覆技术作为一种新型的零件表面修复手段受到越来越多的关注，它利用高能密度的激光束使熔覆材料与基体表面熔融后快速凝固，在基体表面形成一层高性能的熔覆层，从而达到零件表面性能强化，或对已损坏零部件的表面进行修复。进行激光熔覆时，激光束、粉末输送、保护气体要保证同步进行，才能达到良好的熔覆质量而精度要求，所以送粉装置尤为重要。在这其中，喷嘴是激光熔覆设备的末端，来自于送粉器的金属粉末和保护气通过管路到达喷嘴，准确的输送到熔池中，激光束也通过喷嘴在零件表面产生汇聚。由于喷嘴头部距离激光熔池较近，长期接受来自于熔池反射的热量，工作环境恶劣，所以对喷嘴头部的冷却显得尤为重要。

现有的送粉头喷嘴结构如图1所示。现有的送粉方式，无论是同轴式送粉还是偏置式送粉都采用水冷的方式，在送粉喷嘴的头部外置环形的冷却水路，通过循环水冷的方式对送粉喷嘴头部进行降温。但现有的喷嘴冷却水路的布置和送粉管路的布置，使得喷嘴的周向尺寸很大，无法在一些空间较狭小的地方进行加工。且由于送水和送粉橡胶软管的耐高温性能差，使得喷嘴在加工过程中要保持和激光熔池的距离，无法近距离的贴近金属基体，从而限制了加工质量。

二、技术方案

提供一种自旋式复合冷却送粉头喷嘴，通过自旋复合冷却的方式带走送粉喷嘴头部的热量，提高散热效率，且结构紧凑，减小喷嘴前端周向尺寸，增大送粉喷嘴的工作能力范围。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种自旋式复合冷却送粉头喷嘴，包括内套筒、上锥体、下锥体、电机，其中：

内套筒的下端部可拆卸式连接有锥形喷嘴，内套筒及锥形喷嘴内部设置有中空部分，用于激光束通过其中到达基体表面；内套筒中上部一侧开设有保护气连接孔，用于连接保护气管；

上锥体可拆卸式的安装于内套筒的中上部外侧，上锥体顶部外侧均匀布设有多个送粉管连接孔，用于连接送粉管路；上锥体为圆环结构，其上部分与内套筒接触并连接，中下部分与内套筒之间留有空腔；上锥体内中空，并填充有冷却循环水；

下锥体为上部呈圆柱、下部呈锥形的中空套筒结构，下锥体的上部嵌入上锥体和内套筒之间的空腔中，下锥体内壁与内套筒外壁之间形成一个第一环形间隙，第一环形间隙与送粉管连接孔连通，用于粉末输送；锥形喷嘴外壁与下锥体下部锥形部分的内壁之间形成第二环形间隙，第二环形间隙的宽度由上至下递减；下锥体的上端为增大环形部分，增大环形部分与上锥体内壁接触，增大环形部分的下表面设置有滚珠循环道，滚珠循环道内设置有若干滚珠，滚珠循环道的下方设置有挡圈；下锥体内部中空，并填充有导热剂；

三、技术优点

1、通过低熔点高比热的导热剂和冷却循环水的复合冷却散热，可以实现送粉喷嘴头部的快速散热，大大提高散热效率，延长送粉喷嘴头部的使用寿命。

2、通过冷却水套与上锥体的结合，使得送粉喷嘴头部的轴向尺寸减小，可以让送粉喷嘴头部到达空间狭小的区域(孔、槽位置等)，增大送粉喷嘴的工作能力范围。

3、使得送粉喷嘴头部结构更加紧凑，送粉管和冷却水管更加远离送粉喷嘴头部，增大与熔池的距离，可以使得整个送粉喷嘴与基体获得更近的距离，从而获得性能更好的熔覆层。

4、通过将头部的锥形喷嘴与内套筒进行分离式制作，可以通过螺纹啮合程度调节金属粉末的汇聚点，可以加工多厚度层次的熔覆层。

5、由于锥形喷嘴易损坏，通过将头部的锥形喷嘴与内套筒的分离，可以避免由于喷嘴头部损坏而更换整个内套筒，从而节约使用成本。