[發(fā)明專利]一種含有移動氣氛室的激光頭以及激光增材有色金屬的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910039760.6
• 申請日: 2019-01-16
• 公開（公告）號: CN109848559B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫桂芳;王占棟;張勝標(biāo);倪中華
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: B23K26/34
• 分類號: B23K26/34;B23K26/342;B22F3/105
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 陳風(fēng)平

本發(fā)明公開了一種含有移動氣氛室的激光頭以及激光增材有色金屬的方法，含有移動氣氛室的激光頭包括保護(hù)罩，保護(hù)罩頂端設(shè)置有連接面，激光頭主體與保護(hù)罩密封固定，激光頭主體上設(shè)置有用于惰性氣體進(jìn)入熔池的第一氣體通道；所述保護(hù)罩上設(shè)置有開口于保護(hù)罩外壁面的惰性氣體進(jìn)口，保護(hù)罩的罩體內(nèi)部設(shè)置有與所述氣體進(jìn)口連通的第二氣體通道，第二氣體通道的出口噴嘴位于保護(hù)罩底邊。本發(fā)明利用移動氣氛室在空氣中或水下環(huán)境形成移動的惰性氣氛進(jìn)行上述金屬及合金的增材制造，在移動氣氛室中，激光沉積采用逐層堆積的方式，完成指定的沉積形狀，無需建立固定的較大體積的真空室，節(jié)省設(shè)備費用，在特定的工藝條件下可以增材制造性能優(yōu)異的有色金屬。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光增材設(shè)備，特別涉及激光增材設(shè)備中的含有移動氣氛室的激光頭以及激光增材有色金屬的方法。

背景技術(shù)

有色金屬包括鈦及鈦合金、鋁及鋁合金、鎂及鎂合金、銅及銅合金等，由于具有較高的比強度與比剛度、易成型等特點，被廣泛應(yīng)用在航空航天、飛機、汽車、醫(yī)療、化工、海洋工程等領(lǐng)域。在有色金屬成型時，需要設(shè)計并制造復(fù)雜的模具，并且需要進(jìn)行多道加工工序，加工成型周期長，生產(chǎn)成本較高。而激光增材制造是一種通過層層堆積的方式，利用數(shù)字化模型制造實體零件的技術(shù)，該技術(shù)能夠有效提高加工效率，實現(xiàn)近凈成型，無需大型鍛壓設(shè)備，減少后續(xù)加工工序。同時，激光增材制造可以實現(xiàn)復(fù)雜形狀零件的制造，在有色金屬的應(yīng)用和生產(chǎn)領(lǐng)域，增材制造技術(shù)已逐漸成為替換傳統(tǒng)鑄造與機加工成型的一種新技術(shù)，因此激光增材制造技術(shù)在航空航天、能源動力、海洋工程等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。

上述有色金屬具有較強的活性，易與空氣的氧、氮、氫等氣體發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，因此需要在惰性氣氛中進(jìn)行增材制造。目前選區(qū)激光熔化和激光直接金屬沉積制造鈦及鈦合金的研究均較為常見。選區(qū)激光熔化設(shè)備配置有惰性氣氛加工室，在該惰性氣氛室中進(jìn)行立體成型。專利201610986062.3公開了一種鈦合金薄壁構(gòu)件激光增材制造成形方法，在該方法的實施過程中，對惰性氣氛室的依賴性較高，而且充惰性氣和排惰性氣的效率較低，建立合適的加工環(huán)境的時間較長，此外加工空間也受到惰性艙室體積的限制。激光直接金屬沉積增材有色金屬同樣需要建立一個小型固定惰性氣體保護(hù)盒，沉積工件的尺寸受到惰性氣體保護(hù)盒的限制，難以實現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用。此外，專利201711113696.9提出一種激光增材制造或再制造隨形保護(hù)方法，該方法能省去惰性氣體艙室，輕便靈活，方便運輸，但是該方法采用的保護(hù)罩充氬氣空間較大，利用“輕氣”驅(qū)逐“重氣”的思路，在快速運動過程中，很容易受到外部空氣竄動造成的干擾，空氣中的氧氣氮氣進(jìn)入熔池的概率較高，難以保證增材區(qū)域惰性氣氛的穩(wěn)定性，并且該保護(hù)罩不適用于水下環(huán)境有色金屬增材制造。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明提供了一種含有移動氣氛室的激光頭，可同時在空氣中和水下環(huán)境工作，無需在固定惰性氣氛室中激光增材有色金屬，提高了在不同環(huán)境激光增材有色金屬的適用性。本發(fā)明的另一目的是提供了利用該含有移動氣氛室的激光頭進(jìn)行金光增材有色金屬的方法，該方法降低了制造成本。

技術(shù)方案：本發(fā)明所述的一種含有移動氣氛室的激光頭，包括保護(hù)罩，所述保護(hù)罩為一端開口的內(nèi)凹結(jié)構(gòu)，保護(hù)罩頂端側(cè)邊向著保護(hù)罩中心軸線方向水平延伸形成連接面，所述連接面中間形成的空間用于密封固定激光頭主體，所述激光頭主體上設(shè)置有用于惰性氣體進(jìn)入熔池的第一氣體通道；所述保護(hù)罩上設(shè)置有開口于保護(hù)罩外壁面的惰性氣體進(jìn)口，保護(hù)罩的罩體內(nèi)部設(shè)置有與所述氣體進(jìn)口連通的第二氣體通道，第二氣體通道的出口噴嘴位于保護(hù)罩底邊。利用本發(fā)明的激光頭在空氣中進(jìn)行激光增材有色金屬時，將保護(hù)罩通過連接面與激光頭主體相連，激光頭主體與數(shù)控機床設(shè)備相連，利用該設(shè)備可以進(jìn)行空氣中激光增材有色金屬立體成型。

所述保護(hù)罩的沿著遠(yuǎn)離保護(hù)罩頂端的方向，斜向外延伸有保護(hù)外緣。

所述激光頭主體上設(shè)有光纖傳輸模塊。

所述激光頭主體上設(shè)有溫度控制模塊。

所述保護(hù)罩為鐘罩型、圓筒型、長方體型或正方體型。