[发明专利]一种含有移动气氛室的激光头以及激光增材有色金属的方法

说明书

本发明公开了一种含有移动气氛室的激光头以及激光增材有色金属的方法，含有移动气氛室的激光头包括保护罩，保护罩顶端设置有连接面，激光头主体与保护罩密封固定，激光头主体上设置有用于惰性气体进入熔池的第一气体通道；所述保护罩上设置有开口于保护罩外壁面的惰性气体进口，保护罩的罩体内部设置有与所述气体进口连通的第二气体通道，第二气体通道的出口喷嘴位于保护罩底边。本发明利用移动气氛室在空气中或水下环境形成移动的惰性气氛进行上述金属及合金的增材制造，在移动气氛室中，激光沉积采用逐层堆积的方式，完成指定的沉积形状，无需建立固定的较大体积的真空室，节省设备费用，在特定的工艺条件下可以增材制造性能优异的有色金属。

技术领域

本发明涉及激光增材设备，特别涉及激光增材设备中的含有移动气氛室的激光头以及激光增材有色金属的方法。

背景技术

有色金属包括钛及钛合金、铝及铝合金、镁及镁合金、铜及铜合金等，由于具有较高的比强度与比刚度、易成型等特点，被广泛应用在航空航天、飞机、汽车、医疗、化工、海洋工程等领域。在有色金属成型时，需要设计并制造复杂的模具，并且需要进行多道加工工序，加工成型周期长，生产成本较高。而激光增材制造是一种通过层层堆积的方式，利用数字化模型制造实体零件的技术，该技术能够有效提高加工效率，实现近净成型，无需大型锻压设备，减少后续加工工序。同时，激光增材制造可以实现复杂形状零件的制造，在有色金属的应用和生产领域，增材制造技术已逐渐成为替换传统铸造与机加工成型的一种新技术，因此激光增材制造技术在航空航天、能源动力、海洋工程等领域具有重要的应用前景。

上述有色金属具有较强的活性，易与空气的氧、氮、氢等气体发生物理化学反应，因此需要在惰性气氛中进行增材制造。目前选区激光熔化和激光直接金属沉积制造钛及钛合金的研究均较为常见。选区激光熔化设备配置有惰性气氛加工室，在该惰性气氛室中进行立体成型。专利201610986062.3公开了一种钛合金薄壁构件激光增材制造成形方法，在该方法的实施过程中，对惰性气氛室的依赖性较高，而且充惰性气和排惰性气的效率较低，建立合适的加工环境的时间较长，此外加工空间也受到惰性舱室体积的限制。激光直接金属沉积增材有色金属同样需要建立一个小型固定惰性气体保护盒，沉积工件的尺寸受到惰性气体保护盒的限制，难以实现工业应用。此外，专利201711113696.9提出一种激光增材制造或再制造随形保护方法，该方法能省去惰性气体舱室，轻便灵活，方便运输，但是该方法采用的保护罩充氩气空间较大，利用“轻气”驱逐“重气”的思路，在快速运动过程中，很容易受到外部空气窜动造成的干扰，空气中的氧气氮气进入熔池的概率较高，难以保证增材区域惰性气氛的稳定性，并且该保护罩不适用于水下环境有色金属增材制造。

发明内容

发明目的：本发明提供了一种含有移动气氛室的激光头，可同时在空气中和水下环境工作，无需在固定惰性气氛室中激光增材有色金属，提高了在不同环境激光增材有色金属的适用性。本发明的另一目的是提供了利用该含有移动气氛室的激光头进行金光增材有色金属的方法，该方法降低了制造成本。

技术方案：本发明所述的一种含有移动气氛室的激光头，包括保护罩，所述保护罩为一端开口的内凹结构，保护罩顶端侧边向着保护罩中心轴线方向水平延伸形成连接面，所述连接面中间形成的空间用于密封固定激光头主体，所述激光头主体上设置有用于惰性气体进入熔池的第一气体通道；所述保护罩上设置有开口于保护罩外壁面的惰性气体进口，保护罩的罩体内部设置有与所述气体进口连通的第二气体通道，第二气体通道的出口喷嘴位于保护罩底边。利用本发明的激光头在空气中进行激光增材有色金属时，将保护罩通过连接面与激光头主体相连，激光头主体与数控机床设备相连，利用该设备可以进行空气中激光增材有色金属立体成型。

所述保护罩的沿着远离保护罩顶端的方向，斜向外延伸有保护外缘。

所述激光头主体上设有光纤传输模块。

所述激光头主体上设有温度控制模块。

所述保护罩为钟罩型、圆筒型、长方体型或正方体型。