[发明专利]一种三维空间任意方向熔覆成型方法

说明书

本发明涉及了三维空间任意方向熔覆成型方法，包括如下步骤：提供基体，该基体具有需熔覆堆积或被熔覆修复的表面，熔覆材料经由喷头主体的熔覆通道从喷嘴口喷射至基体的表面，同时，激光通过聚焦镜聚焦至基体的表面以将熔覆材料熔覆在基体表面上；在所述喷嘴口和聚焦镜之间形成有将聚焦镜与喷嘴口之间的未被熔覆的熔覆材料吹散/隔离的防护气帘。本发明提供的三维空间任意方向熔覆成型方法，当激光熔覆装置在大角度倾斜和立仰面熔覆或空间连续变换方位时，由喷嘴口送出的熔覆材料不会溅落到聚焦镜上而损坏聚焦镜，保障了熔覆的稳定与可靠性，实现了±180°三维空间全方位任意方向熔覆。

技术领域

本发明涉及一种三维空间任意方向熔覆成型方法，属于激光加工领域。

背景技术

同步送料激光熔覆是金属合金增材制造的一种主要方法。激光熔覆一般将激光束聚焦并投射到加工基面上形成工作光斑，同时将熔覆材料同步投送到工作光斑中，随着熔覆喷头作扫描运动，投入到加工基面上移动的工作光斑中的熔覆材料不断熔化、凝固并形成连续的熔道。

在激光熔覆过程中，熔覆喷头一般要求始终向下垂直于加工基面，当基面的倾斜角越大，熔覆喷头的倾斜角也就越大，熔覆喷头在空间喷射出的熔覆材料与聚焦光束的耦合效果会变差，倾斜的高温熔池也越容易流淌甚至滴落，另外，同步喷射的熔覆材料一般只有一部分进入熔池熔化，一部分被熔池表面反弹，还有一部分喷射在熔池以外的熔覆材料在加工基面上被反弹，一般熔覆喷头的工作倾斜角越大，反弹飞溅的熔覆材料就越容易进入位于熔覆喷头下方的支撑架的内腔中，特别对于处在大倾斜角加工位和仰面位置进行熔覆作业的熔覆喷头，飞溅的熔覆材料将直接进入支撑架的内腔中，当熔覆材料接触到聚焦镜或者粘附到聚焦镜上后，会污染镜面并发热使聚焦镜损坏，从而使聚焦性能降低或丧失，造成严重的后果。

由于激光熔覆熔池内的高温熔体当加工基面倾斜角太大时会流淌或滴落以及熔覆材料溅落会污染并损坏聚焦镜，故至今激光熔覆的基面通常都只能处于水平面或小角度倾斜面。然而，在实际应用中，复杂零构件的成形，大悬垂、扭曲、封闭件的3D成形，不便搬移和拆卸的大型装备零构件在线原位修复等，都会出现不同的空间倾斜面甚至立仰面，需要熔覆喷头有更大的倾斜角和空间自由度，实现±180°任意方位无死角熔覆、3D成形或修复作业。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种三维空间任意方向熔覆成型方法，当激光熔覆装置连续变换方位时，熔覆材料不会落到聚焦镜上而损坏聚焦镜，保障了熔覆的稳定与可靠性，实现了±180°三维空间全方位任意方向熔覆。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种三维空间任意方向熔覆成型方法，包括如下步骤：

提供基体，该基体具有需熔覆堆积或被熔覆修复的表面，

熔覆材料经由喷头主体的熔覆通道从喷嘴口喷射至基体的表面，同时，激光通过聚焦镜聚焦至基体的表面以将熔覆材料熔覆在基体表面上；

在所述喷嘴口和聚焦镜之间形成有将聚焦镜镜面与喷嘴口之间的未被熔覆的熔覆材料吹散/隔离的防护气帘。

进一步地，所述防护气帘与所述喷嘴口的中心轴线之间的夹角大于零。

进一步地，所述防护气帘与所述喷嘴口的中心轴线趋向于垂直或垂直。

进一步地，所述防护气帘为以所述喷头主体为中心在所述喷头主体的外围形成辐射状的防护气帘。

进一步地，所述聚焦镜固定在支撑架上，所述防护气帘为从所述支撑架的一端向其相对的另一端辐射的防护气帘。

进一步地，所述激光同聚焦镜聚焦形成用以熔覆熔覆材料的聚焦光束，所述聚焦光束的数量至少为两条。

进一步地，所述激光同聚焦镜聚焦形成用以熔覆熔覆材料的聚焦光束，所述聚焦光束为环锥形。