[发明专利]局部气氛保护金属或合金激光熔覆成形的方法

说明书

本发明涉及一种局部气氛保护金属或合金激光熔覆成形的方法，该方法如下：金属或合金粉束由惰性载体气体输送随聚焦激光束在加工表面移动；在所述金属或合金粉束的外围形成至少一束惰性保护气体；所述惰性保护气体包括第一惰性保护气体，所述第一惰性保护气体围绕在所述聚焦激光束的外围。通过在聚焦激光束的外围形成惰性保护气体以解决零件成形时遇到的尺寸受限、成本高昂、熔覆成形系统难以移动等问题，与现有技术相比，对现场零件的成形和修复提供了一个方便、快捷、经济的方法。

技术领域

本发明涉及一种局部气氛保护金属或合金激光熔覆成形的方法。

背景技术

激光熔覆成形是以“离散－堆积”原理为基础的微冶金堆积成形过程，因其具有冷却速度快、变形小、熔覆层性能优异等特点而得到广泛应用。钛合金具有密度小、比强度、比高度高、耐腐蚀性好等特点，被广泛应用于航空航天化工医疗以及体育器械等领域。但是钛合金的表面熔覆及成形具有特殊的要求。因为金属钛与空气中的氢、氧、氮和碳的化合力很强，这样就造成了钛及钛合金在熔炼和加工中的复杂性。其熔炼和烧结等工艺过程都要求在高度的真空或纯化的惰性气氛(如氩、氦等)中进行。如中国专利申请第CN104439707A号、中国专利申请第CN104384706A号、马来西亚专利申请第MY150484A号中所述，目前国内外在进行钛合金激光熔覆及成形中均要在专门的惰性气氛室，其中充满纯化的惰性气氛环境中进行。此外，镁、铝等金属及其合金等在激光熔覆与成形过程中也极易与空气中的成分反应，需要惰性气氛环境保护。

惰性保护气氛室能够保护金属及合金熔池凝固降温过程不被氧化，是目前金属及合金激光成形及焊接广泛使用的一种加工保护方式。但这种成形方式存在一些局限性：(1)建立气氛室及维持气氛室氛围浓度成本较高：(2)成形件尺寸要受到气氛室尺寸所限，无法成形熔覆大型或超大型构件；(3)因气氛室难以移动，这就限制了整个激光成形系统无法到零件损坏现场进行实地修复。

发明内容

本发明的目的在于提供一种局部气氛保护金属或合金激光熔覆成形的方法，该方法方便、快捷、经济。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种局部气氛保护金属或合金激光熔覆成形的方法，如下：

金属或合金粉束由惰性载体气体输送随聚焦激光束在加工表面移动；

在所述金属或合金粉束的外围形成至少一层惰性保护气体。

进一步的：所述金属或合金粉束以及惰性载体气体与聚焦激光束同轴线，且喷射方向一致。

进一步的：于所述金属或合金粉束的中心线沿径向上，每层所述惰性保护气体的厚度依次增加。

进一步的：所述惰性保护气体包括第一惰性保护气体，所述第一惰性保护气体围绕在所述聚焦激光束的外围。

进一步的：所述第一惰性保护气体呈锥形或倒锥形或柱形。

进一步的：所述第一惰性保护气体的厚度为1mm以上。

进一步的：所述方法用于熔覆工艺中，所述第一惰性保护气体的流量与熔覆工艺参数匹配模型如下：

惰性保护气体的厚度：1～30mm；

激光功率：300～1500w；

扫描速度：3～20mm/s；

送粉速度:8～32g/min；

惰性保护气体流量:2～10L·min^-1；

惰性保护气体压强：0.02～0.08MP。

进一步的：所述惰性保护气体还包括第二惰性保护气体，所述第二惰性保护气体，形成在所述聚焦激光束与金属或合金粉束之间。