宽带激光熔覆同轴送粉喷嘴的设计与数值模拟

来源：激光技术杂志2018年第3期北京时间：

作者：郭翔宇, 倪茂, 刘华明, 雷凯云, 杜甫

摘要：为了设计一种适用于大功率的宽带激光熔覆同轴送粉喷嘴，采用FLUENT软件中的离散相模型，对送粉喷嘴的送粉道在不同倾角和不同出口间隙条件下的粉末汇聚特性和浓度分布特性进行了研究。分析了其它条件不变时，外层保护气流速对粉末汇聚的影响，得到了较优的结构尺寸，并利用设计研制的宽带同轴送粉喷嘴装置，进行了送粉和熔覆实验。结果表明，宽带激光同轴送粉喷嘴的焦点浓度在汇聚中心的径向和轴向都近似服从高斯分布；随着倾角的增大，出口间隙对焦距的影响也越来越大，且出口间隙越小，焦距越大；当倾角为70°; ，出口间隙为3.5mm时粉末汇聚性较好，粉末利用率较高；在其它条件不变时，外层保护气体流速过大或过小均不利于粉末汇聚，当外层保护气体流速略小于载气速率时，送粉喷嘴的粉末汇聚特性最佳。表面熔覆质量达到了预期要求，验证了该结构的合理性。所设计的宽带同轴送粉喷嘴对后续宽带激光熔覆的研究与应用具有重要意义。

关键词：激光技术, 宽带同轴送粉喷嘴, 离散相模型, 激光熔覆