[发明专利]一种激光成型头及在激光立体成型过程中的氧化控制方法

说明书

本发明涉及一种激光成型头及在激光立体成型过程中的氧化控制方法，其中激光成型头包括成型头本体，在所述成型头本体上设置有送粉通道、激光及保护气通道，在所述成型头本体上固定安装有随动气罩，所述随动气罩的出口端超出所述送粉通道的出口端。氧化控制方法为：将一个随动气罩安装在激光成型头上，在进行激光立体成型之前，先将随动气罩所保护的制造区域内的氧气去除；在激光立体成型过程中，通过控制从激光成型头喷出的保护气的流量以及随动气罩出口与基板或成型体之间的间隙的大小，来间接控制制造区域与外界大气之间的压差，从而阻止外界空气向随动气罩所保护的制造区域内渗透，进而达到控制氧化的目的。

技术领域

本发明涉及一种激光成型头及在激光立体成型过程中的氧化控制方法，属于激光立体成型技术领域。

背景技术

激光立体成型，又称为激光近净成形技术，是一种经典的增材制造技术。在激光立体成型的过程中，通过控制激光束和数控工作平台的运动，将熔化的金属粉末按照预定的轨迹沉积到基板之上，从而获得尺寸和形状上非常接近于最终零件的“近形”制件。由于对于制件的形状和粉末材料没有限制，激光立体成型可有效实现各种难加工材料及具有复杂形状的金属零件的制造。此外，由于在激光成型过程中，熔池所具有的高温度梯度和快速冷却的特点，激光立体成型可以得到组织致密的无宏观偏析非平衡组织。与传统的成型方法相比，激光立体成型可以实现零件的无模近净成型，成型和加工过程被大大简化，也降低了生产成本，缩短了生产周期。因其大幅增加了生产的灵活性，激光立体成型已经成为一种极有前途地制造复杂金属零件的新方法。

激光立体成型是一个具有高温度梯度的热循环过程。并且，由于在激光立体成型过程中使用的原料为小球状的金属粉末，金属粉末与外界气体的接触面积较大，所以在激光立体成型过程中发生氧化的可能性也随之增大。西安交通大学的贺斌等人对定向凝固高温合金DZ125在激光立体成型过程的氧化现象进行了研究，并揭示了氧化物对制件中的裂纹的影响。由氧化引起的破坏是镍基高温合金热端部件的主要失效形式之一。所以使用激光立体成型技术制造高温合金部件时必须避免氧化的发生。目前，在激光立体成型过程中通常使用气氛室来避免氧化的发生。但是为了除尽气氛室中的氧气，气氛室通常需要在实验前通较长的时间的保护气，并且对气氛室的密封要求较高；此外，当制造大型制件时，需要较大的气氛室。在激光立体成型过程中，为保证保护气的氛围，气氛室不能打开，并且即使成型过程中断，保护气也不能停止充入。使用气氛室往往会带来较大的生产成本和较长生产周期。并且不方便在工业现场进行直接应用。与气氛室相比，利用激光成型头向制造区域输送保护气的方式对制造区域进行保护是激光立体成型过程中另一种控制氧化的方法，这种方法所需的设备简单，可在工业现场直接应用，大幅降低了制造的成本，适宜于大型制件的成型制造。因此，在使用激光立体成型技术制造大型制件或在对大型制件进行现场修复时，通常使用激光成型头向制造区域输送保护气的方式来对制造区域进行保护。但是对于某些对于氧化较为敏感金属(如钛合金，铝合金及钛元素和铝元素含量较高的高温合金)，只通过激光成型头向制造区域输送保护气的方式往往无法完全阻止金属在成型过程中的氧化。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于输送保护气方式而实施的，并且能够彻底解决金属氧化的在激光立体成型过程中的氧化控制方法；基于所述氧化控制方法，还提出了一种激光成型头。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种激光成型头，包括成型头本体，在所述成型头本体上设置有送粉通道、激光及保护气通道，其特征在于：在所述成型头本体上固定安装有随动气罩，所述随动气罩的出口端超出所述送粉通道的出口端。

所述随动气罩包括上罩体和下罩体，所述上罩体与所述成型头本体紧固连接，所述下罩体通过螺纹与所述上罩体配合连接，使得所述下罩体和上罩体构成伸缩结构。