[发明专利]可控环境温度惰性气氛激光材料制备与成形箱

说明书

技术领域

本发明涉及激光材料制备与成形技术领域，特别是涉及一种可控环境温度惰性气氛激光材料制备与成形箱。

背景技术

高性能金属复合材料、梯度结构材料及金属零件激光制备与成形，是一种逐点逐层连续激光熔化沉积同步添加成形材料制备金属复合材料、梯度结构材料和成形金属零件的一项新技术，该技术首先将要制备的金属复合材料、梯度结构材料及要成形金属零件的数字模型沿高度方向按一定厚度分层切片，根据每一分层二维几何信息按照一定规则生成每一层扫描轨迹驱动代码，在其驱动下，数控加工平台做平面运动(激光头静止不动)，当一层扫描完成后，激光头按照分层厚度沿Z轴向上升高，与此同时，金属粉末或多元混合粉末以惰性气体(Ar气)气载方式连续不断通过喷嘴送入激光熔池，随激光光斑的运动离开(相对于数控加工平台的相对运动)，激光熔池凝固(新添加材料熔化沉积)，如此反复逐点逐层连续激光熔化沉积直至金属复合材料、梯度结构材料的制备以及金属零件的成形。

从上述金属复合材料、梯度结构材料激光制备和金属零件激光快速成形过程可知，该过程必须在惰性保护气氛箱内进行，以防止所制备金属复合材料、梯度结构材料以及所成形金属零件中有过高的氧含量，使得所制备材料塑性大幅度降低而发脆，因而不能满足使用要求。然而，仅在保护气氛箱内进行金属复合材料、梯度结构材料制备及金属零件激光成形仅能满足一小部分金属材料的制备与成形要求，即这些金属及其合金材料本身具有良好的塑性，使得在成形过程中，能够产生塑性变形来减轻由于激光熔池中很高温度梯度造成强烈温度不均匀而诱发的热应力，该热应力直接造成所成形金属零件变形或导致所制备金属复合材料、梯度结构材料产生裂纹和发生开裂。为解决或缓和上述问题，现行的方法是，对工件或基板加热并保温，以尽量减小由于工件或基板散热引发的沿所制备材料及零件高度方向温度梯度，从而缓和温度不均匀和减小由此产生的热应力，来保证所制备材料及金属零件的顺利激光熔化沉积制备与成形。但即使采用了上述方法，虽有一定效果，但仍不能满足高合金含量金属材料的激光制备与激光快速成形，如Ni基高温合金，以及以高含量(质量百分比＞50％)陶瓷颗粒增强的金属复合材料，如TiC增强TA15、TC4等钛合金复合材料以及一些梯度材料的制备。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述不足，本发明提供一种可控环境温度惰性气氛激光材料制备与成形箱。本发明可实现易氧化、热应力大以及塑性较差的金属材料激光制备与成形，拓宽了激光制备与成形金属的种类。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：所述可控环境温度惰性气氛激光材料制备与成形箱包括加热箱、惰性气氛保护箱及温度控制装置。所述加热箱的四周为双层结构其内部填充石棉，加热箱的前后内壁装有加热板，加热箱放置在支架上。所述惰性气氛箱的圆形上盖的下表面焊接圆形外筒和方筒，所述方筒设置在圆形外筒之内，圆形上盖的上表面焊有冷却水管，圆形外筒与圆柱形箱体之间设置密封圈，圆柱形箱体的侧面下部设置充气孔，在圆形上盖上位于圆形外筒和方筒之间设置抽气测氧孔，方筒的上表面设置热电偶。圆形上盖的中心孔内安装激光头，激光头的两侧分别对称安装两个送粉管，两个送粉管的夹角45°-60°。加热箱底板正中央方形开口的底面两侧安装滑轨，安装在齿条上的滑块与其配合，齿条的背面安装工作台，工作台上放置工件。与齿条啮合的齿轮安装在传动轴上，所述齿轮的两侧装有挡板。传动轴的另一端穿过加热箱、圆柱形箱体与电机减速机连接，支架一端的转动轴承内安装传动轴，支架的另一端与直线运动机构相连接。

所述转动轴承安装在法兰盘内，法兰盘的端面用密封盖密封，法兰盘与圆柱形箱体之间安装波纹管进行密封。

本发明解决其技术问题所采用的另一个技术方案是：所述可控环境温度惰性气氛激光材料制备与成形箱包括加热箱、惰性气氛保护箱及温度控制装置。所述加热箱放置在支架上，加热箱的四周为双层结构其内部填充石棉。加热箱前后内壁装有加热板，所述惰性气氛箱的圆形上盖的下表面焊接圆形外筒和方筒，圆形上盖的上表面焊有冷却水管，所述方筒设置在圆形外筒之内，圆形外筒与圆柱形箱体之间设置密封圈，圆柱形箱体的侧面下部设置充气孔，在圆形上盖的圆形外筒和方筒之间设置抽气测氧孔，圆形上盖的中心孔内安装激光头，激光头两侧的圆形上盖上分别对称安装两个送粉管，两个送粉管的夹角45°-60°。所述传动轴的一端与电机减速机连接，传动轴另一端穿过圆柱形箱体、加热箱在其端部安装回转工件。支架一端的转动轴承内安装传动轴，支架的另一端与直线运动机构相连接。所述转动轴承安装在法兰盘内，法兰盘的端面用密封盖密封，法兰盘与圆柱形箱体之间安装波纹管进行密封。