激光同轴送粉熔覆时,激光束、粉末流、保护气体均从喷嘴内的通道进入并同时射出。激光束由喷嘴轴线通过,并聚焦于焦点,粉末流在载气作用下沿送粉通道喷出,与激光束相遇并迅速升温,并在保护气吹送下形成熔滴,喷涂到工件表面。同轴送粉激光熔覆可有效地提高熔覆层质量,降低稀释率,并易于实现生产自动化。因此目前材料供给设备的研究热点集中在同轴送粉喷嘴上。本文针对现有同轴送粉喷嘴的在大倾斜角度下粉末汇聚不均匀、水冷效果差、粉末利用率低等不足,设计了孔式和环式两种同轴送粉喷嘴,并分别制造出孔式同轴送粉喷嘴和环式同轴送粉喷嘴原型。通过熔覆实验对设计的两种喷嘴进行了检验。所设计制造的孔式同轴送粉喷嘴,除具备普通同轴送粉喷嘴的一般特点外,还具有以下优点:(1)在大倾斜角度熔覆时能确保粉末流聚焦的均匀性;(2)水冷通道的设计可直接冷却喷嘴芯,冷却效果好;(3)喷嘴结构的合理设计,有效地提高了粉末的利用率;(4)粉末流汇聚点相对于激光焦点的相对位置可垂直、径向调整,操作方便;(5)粉末流在载气及保护气体的双重作用下,易于在熔覆区形成均匀的“粉末帘”,较好的提高了粉末均匀性;(6)喷嘴下缘锥状端面能够提高粉末的汇聚性和利用率。所设计制造的环式同轴送粉喷嘴,亦具有以下优点:(1)送粉通道的环锥形通道的间隙大小可精密调整,适应于熔覆不同粒度的粉末材料;(2)水冷通道的设计可直接冷却喷嘴芯,冷却效果好;(3)采用3个切向送粉孔送粉,且送粉通道足够长,粉末流在载气及保护气体的双重作用下,易于在熔覆区形成均匀的“粉末帘”,有效的提高了粉末的均匀性;(4)粉末汇聚点相对于激光焦点的位置可垂直无级调整,且操作方便。论文对两种喷嘴进行了粉末流汇聚、工艺、显微硬度测试、稀释率计算、粉末利用率、熔覆试样及显微组织等实验,检验了两种喷嘴设计的可靠性。探讨了在不同工艺条件下,粉末流焦点尺寸的变化规律。实验的结果说明,设计的两种同轴送粉喷嘴均能够较好的满足激光熔覆对送粉喷嘴的要求,适应激光熔覆三维立体制造技术。