[发明专利]场强分布可调的分裂式磁场辅助同轴激光熔覆装置

说明书

场强分布可调的分裂式磁场辅助同轴激光熔覆装置，包括与激光光路同轴设置的激光传输通道、喷嘴，激光传输通道外套有轴套套筒，激光传输通道和轴套套筒的下端均连接喷嘴；轴套套筒与激光传输通道、喷嘴同轴心设置；轴套套筒上套接有轴套，轴套上套接卡槽环装置，卡槽环装置包括上锥齿轮卡槽环、传动锥齿轮、下锥齿轮卡槽环，其中传动锥齿轮与轴套固结，上锥齿轮卡槽环、下锥齿轮卡槽环分别通过轴承连接在轴套套筒上；传动锥齿轮的上下侧分别与上锥齿轮卡槽环、下锥齿轮卡槽环啮合。本发明的外加稳态磁场可随激光熔覆头同步移动，可以实现复杂路径的调控加工，方便快捷，适用范围广。

技术领域

本发明属于激光加工制造技术领域，具体涉及一种场强分布可调的分裂式磁场辅助同轴激光熔覆装置。

背景技术

激光熔覆技术是以高能密度激光束为热源，在基材表面熔覆一层与基材完全不同成分和性能合金涂层的表面改性技术，可以显著提高基材表面的力学性能及耐磨、耐热、耐腐蚀性能，达到局部修复或整体强化的目的。激光熔覆具有冷却速度快、涂层稀释率低、热输入和畸变较小、耗材少、无粉末选择限制、绿色低污染、易于实现自动化等优点。但由于金属粉末和基材的熔化和凝固都是在极快的时间内完成的，激光熔覆还存在着一些共性问题：

1.激光熔覆组织的调控一般是通过改变工艺参数，而工艺参数只能改变熔覆层熔池的外部传热边界，难以对熔覆组织中晶体的形态、尺寸及晶体取向和熔池对流进行灵活控制。

2.激光熔覆的加热和凝固速度较快，熔覆层元素来不及均匀化热扩散，导致组织不均匀和成分偏析，且熔覆层产生的气体来不及排除，产生气孔等缺陷，影响熔覆层组织的性能。

3.在激光高能束的辐照下，熔覆层熔池发生强烈地搅动，在单层激光熔覆过程中难以实现其分层或梯度控制。

针对上述问题，国内外众多学者采用外加磁场来调控激光熔覆。王梁等研究了利用稳态磁场调控激光溶凝，得出结论稳态磁场会抑制熔池的对流，产生与熔池方向对流方向相反的驱动力，磁场强度越大，熔池内对流越慢，熔凝层表面波纹越低。刘洪喜等研究旋转磁场对激光熔覆的影响，得出旋转磁场可以降低内的冷却梯度和溶体粘度，导致结晶凝固过程中的液态金属可以向金属原子收缩引起的间隙内填充，降低显微组织的疏松程度和缩孔率，有效降低沉积层中气孔数量，提高硬质相分布均匀程度，并使基体与沉积层结合更好。

现有研究的磁场辅助装置大多都是固定在工作台上，不能随激光光斑移动而移动，不能保证每一刻激光加工熔池时磁场的施加是一致的，并且不能调控场强分布形式，调控方式单一且调控能力有限，只能用于简单路径上的激光加工，不能应用于复杂路径的加工，施加磁场的适应性较差。本发明的提出将有效解决上述问题。

发明内容

为了解决现有技术的上述技术问题，本发明要提供一种场强分布可调的分裂式磁场辅助同轴激光熔覆装置，本发明能够实现场强的分布可调以及多角度调控，适用于不同的实验要求，有效调控熔覆层熔池的流动及熔覆层组织、改善熔覆层或整体的力学性能，改善熔覆层形貌，得到优异性能的熔覆组织。

本发明解决上述问题的技术方案是：

一种场强分布可调的分列式磁场辅助激光熔覆装置，包括与激光光路同轴设置的激光传输通道1、具有中心通孔的喷嘴5，其特征在于：激光传输通道1外套有轴套套筒2，激光传输通道1和轴套套筒 2的下端均连接喷嘴5的上端面，激光传输通道1的内壁设置有送粉管；轴套套筒2与激光传输通道1、喷嘴5同轴心设置；

喷嘴5是回转体状，喷嘴5的下部呈上大下小的圆台体状，喷嘴 5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5的上端面的环形进粉口、终于喷嘴5的下端面的环形喷口，送粉管的下端连接送粉通道的环形进粉口；