本實用新型屬于激光沉積修復技術領域，特別是涉及一種用于金屬激光沉積修復的氣氛自保護激光頭。
背景技術：
激光沉積修復技術(Laser Deposition Repair，簡稱LDR)，利用激光使熔覆材料與待修復零件基體形成冶金結合，以實現零件幾何尺寸的修復以及零件組織性能的優化。
激光沉積修復技術的原理為：首先將待修復零件的損傷部位設為待修復區域，再在待修復區域逐層堆積合金粉末，通過高功率激光對合金粉末進行原位熔化，并使熔融狀態的合金粉末快速凝固并逐層沉積成三維實體，在不破壞零件本體性能的前提下，恢復零件的幾何性能和力學性能，使零件重新達到使用要求。
對于具有復雜形狀的零件來說，當零件出現服役損傷、加工失誤損傷或制造缺陷時，為了挽救零件防止其報廢，可以通過激光沉積修復技術實現零件的修復，而在航空航天領域內，被越來越頻繁的用于鈦合金零件的快速修復。
對于鈦合金，其具有比強度高、耐腐蝕性號、耐熱性高及生物活性良好等特點，近年來已被廣泛應用與航空航天領域，特別是利用激光沉積修復技術來修復鈦合金零件。在鈦合金零件修復過程中，由于鈦合金粉末在熔融狀態下具有高氧化和氮化傾向，因此必須進行有效的防氧化保護，而防氧化保護又是保證鈦合金零件性能的關鍵。
為了改善鈦合金零件在修復過程中的沉積效果，以提高沉積質量，所采用的防氧化保護手段通常體現為一個密閉氣氛保護箱體，在密閉氣氛保護箱體內充滿有惰性氣體，而鈦合金零件被放置于密閉氣氛保護箱體內。
為了滿足鈦合金零件修復過程中的氣氛保護環境要求，首先利用真空泵對密閉氣氛保護箱體內部進行抽真空操作，然后再向密閉氣氛保護箱體內充入惰性氣體，且抽真空過程和充入惰性氣體過程需要往復進行多次，直到密閉氣氛保護箱體內的氣氛保護環境達到要求，之后方可開始鈦合金零件的修復過程。
但是，采用現有的密閉氣氛保護箱體后，僅單次抽真空過程就需要花費大量的抽氣時間，而且在之后的抽真空過程中，更需要將整箱的惰性氣體完全抽排掉，在經過了多次的抽氣和充氣過程后，惰性氣體的消耗量是非常之高的，這顯著了增加鈦合金零件的修復成本。再有，現有的密閉氣氛保護箱體受到自身尺寸的限制，對于已經超過其適用尺寸范圍的鈦合金零件將無能為力，只能被迫更換具有更大尺寸的密閉氣氛保護箱體，這直接導致了設備成本的增加。
技術實現要素：
針對現有技術存在的問題，本實用新型提供一種用于金屬激光沉積修復的氣氛自保護激光頭，能夠通過激光頭自主提供氣氛保護環境，無需額外準備密閉氣氛保護箱體，有效節省了設備成本；通過省去密閉氣氛保護箱體，使抽氣和充氣過程也被完全省去，極大節省了零件整體修復時間，有效提高了單位時間內的工作效率；通過省去密閉氣氛保護箱體，使箱體自身結構尺寸帶來的限制得以完全消除，能夠完全不受零件尺寸及形狀的限制，有效擴大了零件尺寸的適用范圍。
為了實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案：一種用于金屬激光沉積修復的氣氛自保護激光頭，包括激光反射鏡安裝架、噴嘴、棱錐形激光反射鏡及弧面激光反射鏡；所述激光反射鏡安裝架頂部設有激光入射口，所述棱錐形激光反射鏡設置在激光入射口正下方的激光反射鏡安裝架上，所述弧面激光反射鏡設置在棱錐形激光反射鏡斜上方的激光反射鏡安裝架上，且棱錐形激光反射鏡的反射面與弧面激光反射鏡的反射面相對應；所述噴嘴固定設置在激光反射鏡安裝架正下方；
在所述噴嘴內部分別設置有噴粉通道和第一保護氣進氣通道，噴嘴的底部中心為噴粉口，噴粉口通過噴粉通道連通有載氣粉末輸送管；在所述噴粉口周向的噴嘴上開設有圓環形凹槽噴氣口，圓環形凹槽噴氣口通過第一保護氣進氣通道與惰性氣體氣源相連通，通過圓環形凹槽噴氣口噴出惰性氣體形成圓柱形保護氣氣柱；
激光光束通過激光入射口射向棱錐形激光反射鏡，經棱錐形激光反射鏡反射至弧面激光反射鏡，再經弧面激光反射鏡進行反射聚焦，且激光焦點位于噴粉口正下方。
在所述圓環形凹槽噴氣口周向的噴嘴上開設有環錐形凹槽噴氣口，在噴嘴內部設置有第二保護氣進氣通道，所述環錐形凹槽噴氣口通過第二保護氣進氣通道與惰性氣體氣源相連通，通過環錐形凹槽噴氣口噴出惰性氣體形成錐柱形保護氣氣柱。
在所述噴粉口與噴粉通道之間增設有降壓腔。
所述棱錐形激光反射鏡的反射面數量與弧面激光反射鏡數量相同。
本實用新型的有益效果：
本實用新型與傳統激光頭相比，能夠通過激光頭自主提供氣氛保護環境，在零件修復過程中，無需額外準備密閉氣氛保護箱體，有效節省了設備成本。
當應用了本實用新型的氣氛自保護激光頭后，由于省去了密閉氣氛保護箱體，使原來的抽氣和充氣過程也被完全省去了，極大節省了零件整體修復時間，有效提高了單位時間內的工作效率。
當應用了本實用新型的氣氛自保護激光頭后，由于省去了密閉氣氛保護箱體，使原本的箱體自身結構尺寸帶來的限制得以完全消除，在零件修復過程中，能夠完全不受零件尺寸及形狀的限制，有效擴大了零件尺寸的適用范圍。
附圖說明
圖1為本實用新型的一種用于金屬激光沉積修復的氣氛自保護激光頭結構示意圖；
圖中，1—激光反射鏡安裝架，2—噴嘴，3—棱錐形激光反射鏡，4—弧面激光反射鏡，5—激光入射口，6—噴粉口，7—噴粉通道，8—第一保護氣進氣通道，9—載氣粉末輸送管，10—圓環形凹槽噴氣口，11—圓柱形保護氣氣柱，12—激光光束，13—激光焦點，14—環錐形凹槽噴氣口，15—錐柱形保護氣氣柱，16—降壓腔，17—第二保護氣進氣通道。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例對本實用新型做進一步的詳細說明。
如圖1所示，一種用于金屬激光沉積修復的氣氛自保護激光頭，包括激光反射鏡安裝架1、噴嘴2、棱錐形激光反射鏡3及弧面激光反射鏡4；所述激光反射鏡安裝架1頂部設有激光入射口5，所述棱錐形激光反射鏡3設置在激光入射口5正下方的激光反射鏡安裝架1上，所述弧面激光反射鏡4設置在棱錐形激光反射鏡3斜上方的激光反射鏡安裝架1上，且棱錐形激光反射鏡3的反射面與弧面激光反射鏡4的反射面相對應；所述噴嘴2固定設置在激光反射鏡安裝架1正下方；
在所述噴嘴2內部分別設置有噴粉通道7和第一保護氣進氣通道8，噴嘴2的底部中心為噴粉口6，噴粉口6通過噴粉通道7連通有載氣粉末輸送管9；在所述噴粉口6周向的噴嘴2上開設有圓環形凹槽噴氣口10，圓環形凹槽噴氣口10通過第一保護氣進氣通道8與惰性氣體氣源相連通，通過圓環形凹槽噴氣口10噴出惰性氣體形成圓柱形保護氣氣柱11；
激光光束12通過激光入射口5射向棱錐形激光反射鏡3，經棱錐形激光反射鏡3反射至弧面激光反射鏡4，再經弧面激光反射鏡4進行反射聚焦，且激光焦點13位于噴粉口6正下方。
在所述圓環形凹槽噴氣口10周向的噴嘴2上開設有環錐形凹槽噴氣口14，在噴嘴2內部設置有第二保護氣進氣通道17，所述環錐形凹槽噴氣口14通過第二保護氣進氣通道17與惰性氣體氣源相連通，通過環錐形凹槽噴氣口14噴出惰性氣體形成錐柱形保護氣氣柱15。
在所述噴粉口6與噴粉通道7之間增設有降壓腔16。
所述棱錐形激光反射鏡3的反射面數量與弧面激光反射鏡4數量相同。
下面結合附圖說明本實用新型的一次使用過程：
本實施例中應用的激光沉積修復設備由激光器、送粉器、三維運動平臺及控制系統組成，激光器安裝在三維運動平臺的橫梁上，本實用新型的氣氛自保護激光頭安裝在激光器正下方，激光器發出的激光光束能夠直接通過激光入射口5射向棱錐形激光反射鏡3。
本實施例中的棱錐形激光反射鏡3采用四棱錐結構，即棱錐形激光反射鏡3具有四個反射面，同時弧面激光反射鏡4也設置有四個，可產生四條獨立的激光光束12，四條激光光束12在激光焦點13處匯集。
在鈦合金零件修復前，首先啟動送粉器，送粉器將混合了惰性氣體的鈦合金粉末通過載氣粉末輸送管9送至噴嘴2內部的降壓腔16中，鈦合金粉末在自身重力以及降壓后的惰性氣體推力下從噴粉口6噴出，惰性氣體在噴出的同時將鈦合金粉末周圍空氣吹散并形成第一道氣氛保護。
開啟惰性氣體氣源，首先控制惰性氣體進入第一保護氣進氣通道8中，直到惰性氣體通過圓環形凹槽噴氣口10噴出而形成圓柱形保護氣氣柱11，通過圓柱形保護氣氣柱11對零件待修復處進行氣氛保護，同時形成了第二道氣氛保護，在圓柱形保護氣氣柱11的氣氛保護作用下還可以對鈦合金粉末噴流產生一定的約束，同時改善鈦合金粉末噴流的匯聚性。
然后控制惰性氣體進入第二保護氣進氣通道17中，直到惰性氣體通過環錐形凹槽噴氣口14噴出而形成錐柱形保護氣氣柱15，通過錐柱形保護氣氣柱15進一步加強對零件待修復處的氣氛保護，同時形成了第三道氣氛保護，而錐柱形保護氣氣柱15與零件基體表面接觸時會形成一個向外的擴散氣流，當修復過程中激光頭移動時，通過錐柱形保護氣氣柱15可以對其周圍空氣產生驅趕作用。
開始鈦合金零件的修復過程，首先啟動激光器，由激光器發出一束激光，初始激光光束首先通過激光入射口5射向棱錐形激光反射鏡3，經棱錐形激光反射鏡3反射出條四條激光光束12，四條激光光束12分別射向四個弧面激光反射鏡4，再經弧面激光反射鏡4進行反射聚焦，并最終使四條激光光束12在激光焦點13處匯集，通過匯集后的激光光束12熔化鈦合金粉末，并使熔融狀態的鈦合金粉末快速凝固并逐層沉積成三維實體。
當鈦合金零件修復處完成最后一層沉積時，首先關閉激光器，然后關閉送粉器，并使惰性氣體氣源持續供氣一段時間，直到零件修復處冷卻后，先關掉內側的圓柱形保護氣氣柱11，再關掉外側的錐柱形保護氣氣柱15，此時鈦合金零件的修復工作全部完成。
實施例中的方案并非用以限制本實用新型的專利保護范圍，凡未脫離本實用新型所為的等效實施或變更，均包含于本案的專利范圍中。