[发明专利]一种超声微锻强化激光熔丝熔覆层的方法

说明书

本发明提出一种超声微锻造强化激光熔丝熔覆层的方法，在单一激光熔丝或者传统激光熔覆的基础上，加入了超声微锻造同步辅助工艺，即在一定的超声频率和压力的条件下，使超声微锻造装置与激光器同步进行熔覆层的制备工作，本发明通过超声微锻的方法，改善了熔覆层组织的不均匀程度，使熔覆层组织更加细化，提高了熔覆层的组织致密性，同时有效的改善了由于快速凝固与冷却环境在熔覆层中引起的残余应力，有效的抑制了熔覆层中裂纹、孔洞等缺陷的产生，并有效的改善了熔覆层的强度。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，特别涉及一种超声微锻强化激光熔丝熔覆层的方法。

背景技术

激光增材制造技术是一种新型制造技术，与传统的制造技术相比，激光增材制造技术可制造出传统制造技术难以胜任的复杂结构零件，并且可简化加工工序，快速成型，提高生产效率，缩短生产周期，并且制造的零件组织细密均匀，性能优异，是复杂结构件快速成型的首选技术。而在激光增材制造领域，主要有两种方式，粉末增材制造以及丝材增材制造(即激光熔丝)，相比于粉末增材制造，丝材增材制造具有成本低、材料利用率高、熔覆效率高等特点，是一种极具潜力的增材制造技术。

在激光熔丝增材制造过程中，由于激光能量分布不均匀，材料融化凝固速度快等原因，容易导致熔池温度梯度大，温度场分布不均匀，从而引起凝固的组织分布不均匀，且容易产生残余拉应力。因此，在激光熔丝增材制造过程中，裂纹以及孔洞是常见的材料缺陷，直接影响到零件的物理性能及其可靠性。可见，如何抑制或者减少材料缺陷是增材制造领域的关键技术问题。

目前，用于抑制或减少激光熔丝过程中常见的裂纹和孔洞的工艺途径是优化工艺参数，并进行后续热处理如优化退火工艺等，该方法对于熔丝过程的残余应力有一定改善，但对已经产生的裂纹却无法补救。此外，熔丝制造后续的超声冲击也是常用的减小残余应力的方法，但其作用深度有限，同样无法补救已经产生的微裂纹。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提出了一种超声微锻强化激光熔丝熔覆层的方法，通过超声微锻的方法，改善了熔覆层组织的不均匀程度，使熔覆层组织更加细化，提高了熔覆层的组织致密性，同时有效的改善了由于快速凝固与冷却环境在熔覆层中引起的残余应力，有效的抑制了熔覆层中裂纹、孔洞等缺陷的产生，并有效的改善了熔覆层的强度。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

本发明提出了一种超声微锻造强化激光熔丝熔覆层的方法，包括以下步骤：

S1、在铣床上对金属基板的待熔覆面进行打磨，然后用体积分数为70％的酒精对打磨后的金属基板进行清洗，得到待熔覆面平整的金属基板；

S2、将磨削好后的金属基板固定在数控机床工作台上，并将合金丝材装入送丝机中；

S3、开启激光器，将激光器的激光头以及送丝机的送丝头移动到金属基板的熔覆开始点处，控制送丝机的送丝速度，使激光器在一定的激光功率、扫描速度、光斑直径以及搭接率的条件下在金属基板上进行熔覆层的制备工作；

S4、开启超声微锻造装置，在一定的超声频率和压力的条件下，使超声微锻造装置与激光器同步进行熔覆层的制备工作，直至完成熔覆层的熔覆过程，并得到一定厚度的熔覆层。

优选的，所述金属基板的材质为45#钢。

优选的，所述合金丝材为GH3039镍基高温合金丝材。

优选的，所述合金丝材的直径为1mm。

优选的，所述激光器为光纤激光器。

更优选的，所述激光器的型号为YLS-4000。

优选的，所述送丝机的送丝速度20mm/s。