[发明专利]一种小型钛合金增材制造氛围保护装置及其使用方法

说明书

本发明公开了一种小型钛合金增材制造氛围保护装置及其使用方法，属于增材制造技术领域。包括亚克力箱体、流量控制箱、PLC控制箱，亚克力箱体内部设有水冷装置、基板、激光熔覆仪和氧浓度检测仪，沿所述亚克力箱体的内壁设有用于输入氩气的环形管道，所述环形管道的表面均匀分布有若干气孔；氧浓度检测仪固定在亚克力箱体的内壁，并与PLC控制箱通过信号线连接；环形管道与流量控制箱连接，PLC控制箱接收来自氧浓度检测仪的氧浓度含量数据，调节从流量控制箱向环形管道输入的氩气流量。本发明装置能够使增材制造区域附近的氧浓度含量控制在合理的范围，使整个密闭环境即保持微正压的状态，又避免了氩气过多的浪费。

技术领域

本发明涉及一种增材制造氛围保护装置，具体涉及一种小型钛合金增材制造氛围保护装置及其使用方法。

背景技术

钛合金具有比强度高，耐腐蚀性能高，高温下性能优异，生物相容性好等诸多优点，被广泛应用于航空航天、海洋船舶、生物医药等领域；但是由于钛合金的导热性能差，在机械加工时热量容易在刀具尖端累积，且加工时表面回弹大，容易产生“粘刀”现象，使得钛合金的加工性能不如钢铁及铝合金材料。在航空航天领域，钛合金是重要的金属结构件，如钛合金飞机框梁结构；但在实际的生产制造过程中，由于上述的钛合金的难加工性，使得生产制造一种大型钛合金结构件需要数月的时间。钛合金增材制造技术在近几年得到了蓬勃发展，各大高校和科研院所都大力开展关于钛合金增材制造的研究。

钛合金在常温下，表面会产生一层致密的氧化膜，使得其耐腐蚀性能优异，但在高温下，钛合金容易与空气中的氧发生反应，因此在大气环境中不利于钛合金的增材制造，会产生大量的组织缺陷和气孔缺陷。钛合金的激光增材制造需要在氧浓度含量降低至一定程度后才可进行，通常是100ppm以下。为了使增材制造过程中的氧浓度含量降低至一定范围内，需要使用密闭的保护环境，通常采用向密闭环境中充入氩气的方式来降低环境内的氧浓度含量。密闭环境的体积越大，所能增材制造零件的尺寸也越大，但同时单次充气所消耗的时间及维持氛围环境所需要持续通入氩气的流量也越多。

目前国内存在部分大型企业，已有了大型钛合金构件增材制造的氛围保护舱体，其主要的应用范围是大型钛合金构件的增材制造，其舱体的总体积在60立方米以上，该种氛围保护舱体的充气时间长，氩气消耗量大。对于还处于起步和探索阶段的钛合金增材制造的研究，该种大型的密闭环境保护舱体则不适用，单次实验的成本太高。对于高校实验室的研究工作而言，通常都是在小块试板上进行小块试样的增材制造，大体积环境保护密封舱的建设所需要的成本非常高，因此亟待设计出一种小型的钛合金增材制造所用的密封环境舱，以期降低实验的成本。

中国专利申请号201910479760.8 (公告号CN 110153420 A) ，名为“一种钛合金保护舱装置及激光增材制造方法”提出了一种包括圆形工作台、固定板、基板、薄膜构成的钛合金氛围保护装置及激光增材制造方法。该装置的圆形工作台面上设置有8块T型槽和T型滑块，并通过螺栓将固定板和基板与圆形工作台固定，周围及顶部则是用0.3mm的耐高温薄膜及支撑铁架进行环绕，顶部用密封胶将六轴联动机械手臂与薄膜紧密贴合，下端通过橡胶圈压紧薄膜外侧且与圆形工作台贴合，并通过固定夹夹紧铁架。

该发明创造采用的密封材料是0.3mm的耐高温薄膜，在增材制造过程中高温金属粉末的飞溅，无疑会对顶部和侧面的薄膜进行冲击，在长时间、高功率的钛合金增材制造的条件下，该密封装置的可靠性不高，可能发生薄膜破裂、漏气的风险。该发明创造采用的结构件是铁架、固定架、薄膜和橡胶圈，在六轴联动的打印激光头反复移动作业的过程中，无疑会对上述零件之间的配合关系产生影响，该装置的整体强度不高，一旦结构件之间的配合关系发生改变，容易产生众多漏气点。

发明内容

本发明的目的是提供一种小型钛合金增材制造氛围保护装置及其使用方法，该装置基于现有的三轴激光熔覆平台进行改进，避免了建立大型环境保护舱所带来的高昂的设备费用，使用成本偏高等问题。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：