[发明专利]激光熔覆装置及激光熔覆成形方法

说明书

本发明涉及一种激光熔覆装置及激光熔覆成形方法，该激光熔覆装置包括呈同心锥筒结构的壳体，设置在所述壳体内的送粉通道、惰性准直气通道、激光束通道以及惰性保护气罩，所述送粉通道设置在所述壳体的中心位置，所述惰性准直气通道、激光束通道以及惰性保护气罩依次围绕设置在所述送粉通道的外周面上；所述惰性保护气罩包括入气面、与所述入气面平滑连接的侧面以及与所述侧面平滑连接的底面，所述入气面为斜平面，所述侧面为曲面，所述底面为平面，所述入气面上设有入气口。该激光熔覆装置及激光熔覆成形方法能实现在空气中直接进行钛合金零件的制造，以及损伤零件的修复和强化。

技术领域

本发明涉及一种激光熔覆装置及激光熔覆成形方法。

背景技术

钛合金具有强度高、抗腐蚀性好、低温性能好等优异的性能，在航空航天领域具有广泛的应用。由于钛合金所具有的冶金特性和材料属性，在传统减材加工中，往往会遇到很多困难。激光熔覆成形是基于快速成形原理，利用高能量激光将同步输送的金属粉末熔化，按逐层累积的方法完成金属零件制造的技术。应用激光熔覆成形方法进行钛合金零件的制造，具有柔性程度高、一次性成形、无需模具等优势。钛合金具有高温活泼的特性，当温度高于400℃时，钛合金会与空气中的氧、氮、氢发生强烈反应，并严重影响钛合金的综合性能。因此，在进行钛合金的激光熔覆过程中，需要对熔池以及高温区域熔覆层进行保护。

目前，最常用的钛合金激光熔覆气氛保护装置是整体气氛封闭箱，该方法虽然能很好地保证熔覆质量，但是成本较高，惰性气体的浪费严重，更适用于大型结构件的增材制造；另一种是通过设计喷嘴结构，形成稳定的惰性气氛，对熔覆过程进行保护。

中国专利CN2905302Y公开了一种应用于钛合金激光焊接的气体保护装置。该方法的缺点是侧向的保护气会使得气流的保护效果具有方向性，从而对不同扫描方向的熔覆层保护效果不一致。

中国专利CN205839130U公开了一种用于金属激光沉积修复的气氛自保护激光头。该方法的缺点是保护喷嘴完全置于光束内部，使得喷嘴尺寸受限，因此保护气流的范围较小，无法对高温区域进行完全保护，另外，喷嘴的散热情况较差，影响使用寿命。

中国专利CN103952696A公开了一种在空气中直接制造钛合金零件的快速成形方法。该方法的缺点是保护气的可调节范围较小，使得在使用时需要对气体的流量进行精确控制，增加了使用难度。

中国专利CN107130239A公开了一种局部气氛自保护金属或合金激光熔覆及成形方法。该方法的保护气流范围虽大，但是惰性气体浓度较低，因此需要极大的保护气流量才能提供有效的保护，气体浪费严重。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光熔覆装置及激光熔覆成形方法，能实现在空气中直接进行钛合金零件的制造，以及损伤零件的修复和强化。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种激光熔覆装置，包括呈同心锥筒结构的壳体，设置在所述壳体内的送粉通道、惰性准直气通道、激光束通道以及惰性保护气罩，所述送粉通道设置在所述壳体的中心位置，所述惰性准直气通道、激光束通道以及惰性保护气罩依次围绕设置在所述送粉通道的外周面上；所述惰性保护气罩包括入气面、与所述入气面平滑连接的侧面以及与所述侧面平滑连接的底面，所述入气面为斜平面，所述侧面为曲面，所述底面为平面，所述入气面上设有入气口。

进一步地，所述入气面呈环形，其内环与外环之间为斜平面，所述入气面上设有至少三个入气口，所述入气口均匀分布在所述入气面的圆周上。

进一步地，所述入气口具有入口角度，所述入口角度为45～60°。

本发明还提供一种激光熔覆成形方法，采用激光熔覆装置，所述激光熔覆装置采用所述的激光熔覆装置，所述激光熔覆成形方法包括以下步骤：

金属或合金粉束由惰性载体气体输送并随聚焦激光束在加工面移动；