[实用新型]一种用于激光增材制造涡轮叶片的磁场可控调节装置

说明书

本实用新型公开了一种用于激光增材制造涡轮叶片的磁场可控调节装置，包括磁场调节机构、激光熔覆机构、工作平台和控制器，所述磁场调节机构对称放置在工作平台两侧，激光熔覆机构固定在工作平台正上方，磁场调节机构、激光熔覆机构和工作平台均与控制器相连接。本实用新型可以通过调节线圈位置快速获得最优的磁场辅助激光增材制造所需的磁场强度，同时通过实时调整XYZ三轴运动平台实现激光增材制造所需运动轨迹，将运动轨迹调整至激光定点沉积位置处，本实用新型可实现磁场辅助激光增材制造涡轮叶片过程中熔池内部每一时刻均受到等强度磁场作用，确保了涡轮叶片整体组织成分的均匀性。

技术领域

本实用新型涉及先进制造技术领域，尤其涉及一种用于激光增材制造涡轮叶片的磁场可控调节装置。

背景技术

涡轮叶片是燃气轮机与航空发动机等高端装备中涡轮段的重要组成部件。激光增材制造技术可直接实现大型整体金属构件的精确成形，为短流程高质量制造关键零部件提供了有力途径。但激光增材制造过程中依然会存在一些如层间及道间局部未熔合、气孔微裂纹与组织成分不均匀分布等冶金缺陷。针对上述冶金缺陷问题，一些学者尝试将电磁场辅助激光制造，这样可以将能量输入到熔体中诱发无接触的洛伦兹力间接地影响凝固过程中传热与传质，进而改善凝固组织及性能。

专利201610917387.6公开了一种磁控激光熔覆成形设备和方法，通过设置能够进行三维及旋转运动的工作平台以及采用特殊结构的旋转磁场发生装置，进而得到更加均匀和稳定的旋转磁场。但对于激光增材制造涡轮叶片而言，涡轮叶片形状复杂且表面形状通常设计成扭曲的变截面曲面，因此该设备不能保证扫描轨迹上任意激光熔池内部磁场强度大小的一致性，因此难以保证整体增材构件组织成分及性能的均匀性，且相较于旋转磁场，交变磁场具有更好的磁场强度可调性与搅拌效果。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于激光增材制造涡轮叶片的磁场可控调节装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种用于激光增材制造涡轮叶片的磁场可控调节装置，包括磁场调节机构、激光熔覆机构、工作平台和控制器，所述磁场调节机构对称放置在工作平台两侧，激光熔覆机构固定在工作平台正上方，磁场调节机构、激光熔覆机构和工作平台均与控制器相连接。

进一步地，所述工作平台包括支撑平台、XYZ三轴运动平台和基板，所述XYZ三轴运动平台对称固定在支撑平台中央，XYZ三轴运动平台与控制器输出端相连，基板放置在XYZ三轴运动平台上端面。

进一步地，所述磁场调节机构包括伺服电机Ⅰ、伺服电机Ⅱ、丝杠Ⅰ、丝杠Ⅱ、支撑杆Ⅰ、支撑杆Ⅱ、位移传感器Ⅰ、位移传感器Ⅱ和交变磁场发生器，伺服电机Ⅰ和伺服电机Ⅱ的输出端分别与丝杠Ⅰ和丝杠Ⅱ相连接，伺服电机Ⅰ和伺服电机Ⅱ的输入端均与控制器相连接，支撑杆Ⅰ和支撑杆Ⅱ分别垂直套接在丝杠Ⅰ和丝杠Ⅱ上，位移传感器Ⅰ和位移传感器Ⅱ分别垂直固定在支撑杆Ⅰ和支撑杆Ⅱ上，位移传感器Ⅰ和位移传感器Ⅱ的输出端与控制器的输入端相连，交变磁场发生器放置在支撑杆上端与控制器相连。

进一步地，所述交变磁场发生器包括线圈Ⅰ、线圈Ⅱ和电子调压器，线圈Ⅰ和线圈Ⅱ对称放置于支撑杆Ⅰ和支撑杆Ⅱ的上表面，线圈Ⅰ和线圈Ⅱ均与电子调压器的输出端相连，电子调压器的输入端与控制器相连接。

进一步地，所述交变磁场发生器产生的交流磁场强度大小为27.3mT-100mT可调，线圈Ⅰ和线圈Ⅱ之间的距离为5cm-50cm可调。

进一步地，所述激光熔覆机构包括激光器、送粉器、氩气罐和激光熔覆头，激光熔覆头输入端分别与激光器、送粉器和氩气罐的输出端相连，激光器、送粉器和氩气罐的输入端均与控制器的输出端相连接。

进一步地，所述激光熔覆头输出端正对于工作平台正上方，激光熔覆头位于线圈Ⅰ和线圈Ⅱ的对称中心处。

进一步地，所述激光熔覆头的定点沉积厚度为0.5mm-1mm。