[发明专利]一种旋转磁场辅助激光熔覆头

说明书

一种旋转磁场辅助激光熔覆头，包括与激光光路同轴设置的第一套筒、具有中心通孔的喷嘴，第一套筒的下端连接喷嘴的上端面，第一套筒的内壁设置有送粉管；喷嘴是回转体状，喷嘴的下部呈上大下小的圆台体状，喷嘴内具有送粉通道，送粉通道呈空心锥环状；第一套筒的外壁连接步进电机，步进电机驱动小齿轮；第一套筒的外壁通过内置轴承连接第三套筒，第三套筒上装有大齿轮，大齿轮与小齿轮啮合；第三套筒外侧安装若干个磁场发生装置，磁场发生装置的永磁铁块贴近喷嘴的环形喷口。本发明能够实现旋转磁场/静磁场与激光熔覆熔池同步耦合，多角度旋转磁场/静磁场激光熔覆，有效调控熔覆熔池流体运动、内部颗粒分布以及熔覆缺陷。

技术领域

本发明提供一种旋转磁场协同激光熔覆装置，特别是一种用于激光现场多角度增材制造微观组织和性能优化的旋转磁场产生装置,属于材料增材制造装备技术领域。

背景技术

随着近年来激光增材制造技术的发展，该技术在航空、机械、冶金、矿山等领域得到进一步广泛应用，同时也对增材组织、机械性能以及缺陷提出了更高的要求。但激光制造由于本身其快速冷却、熔池温度梯度大以及非平衡凝固的特点，很难获得组织均匀的制造层，因此采用外场辅助方法弥补其制造过程的不足，已越来越受到国内外研究者的重视。特别指出的是旋转磁场由于具有搅拌作用，可以促进溶池流体的运动及细化晶粒的作用均已通过实验及相关数值计算所证实，但如何将选转磁场与激光实现同步耦合加工已成为亟需要解决的技术难题之一。昆明理工大学了刘洪喜等人申报的专利201210225592.8一种旋转磁场辅助激光熔覆制备Fe60复合改性涂层的方法及其装置，实现选装磁场在熔覆溶池中的施加，但该装置励磁绕组以固定的形式，放置于工作平台下方，未能实现与激光束的同步加工。浙江工业大学姚建华等人申报的专利申请号为201711245978.4一种激光熔覆用磁场同步耦合模块，只实现静态磁场的施加，未能实现周向搅拌磁场力的施加，对组织细化以及促进溶池流动能力有限。

综上所述，尽管当前已实现选转磁场的施加，但大多采用线圈绕组的形式施加磁场，在长时间工作条件下，需考虑其自身的冷却，必然导致装置的重量以及结构的复杂程度增加。此外，已有的设备不得不面对装置重量的问题，为了克服上述缺点，本申请采用永磁铁作为供磁源，发明了一种机械式轻量化的旋转磁场熔覆装置，可实现随动灵活激光多角度的加工。

发明内容

本发明要克服现有技术中存在的上述缺陷，提供一种永磁铁供磁的旋转磁场辅助激光熔覆装置。

本发明能够实现旋转磁场/静磁场与激光熔覆熔池同步耦合，多角度旋转磁场/静磁场激光熔覆，有效调控熔覆熔池流体运动、内部颗粒分布以及熔覆缺陷，得到性能优良的熔覆涂层。

为了达到上述目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种旋转磁场辅助激光熔覆头，其特征在于：包括与激光光路同轴设置的第一套筒1、具有中心通孔的喷嘴6，第一套筒1的下端连接喷嘴6的上端面，第一套筒1的内壁设置有送粉管20；喷嘴6是回转体状，喷嘴6的下部呈上大下小的圆台体状，喷嘴6内具有送粉通道，送粉通道呈空心锥环状，送粉通道起自喷嘴6的上端面的环形进粉口、终于喷嘴6的下端面的环形喷口，送粉管20的下端通入送粉通道的环形进粉口；

第一套筒1的外壁连接步进电机10，步进电机10驱动小齿轮11；第一套筒1的外壁通过内置轴承16连接第三套筒5，第三套筒5上装有大齿轮4，大齿轮4与小齿轮11啮合；

第三套筒5外侧安装若干个磁场发生装置，磁场发生装置的永磁铁块贴近喷嘴6的环形喷口。

优选地，第一套筒1的外壁连接步进电机10的具体结构是：第一套筒1外侧固接第二套筒2，第二套筒2的下端连接喷嘴6的上端面；第二套筒2的外侧连接法兰之间3，步进电机10安装在法兰之间3上。

优选地，送粉通道的厚度自上而下逐渐缩小；送粉通道的环形进粉口的直径大于第一套筒的直径，多个送粉管20穿出第一套筒，均布在送粉通道的环形进粉口。