[发明专利]一种感应辅助喷丸细化激光增材制造轻合金晶粒的方法和装置

说明书

本发明公开了一种感应辅助喷丸细化增材制造轻合金晶粒的方法和装置，属于激光增材制造技术领域，其包括密闭加工舱、位于密闭加工舱内部的基体、围绕基体上方的熔覆层设置的第一感应线圈、位于熔覆层上方的红外测温装置、位于密闭加工舱内部的转换器和相对设置在转换器两侧的拉瓦尔喷管和激光熔覆头，通过顺时针旋转转换器实现拉瓦尔喷管和所述激光熔覆头交替出现在熔覆层的上方，实现高温喷丸强化处理下的激光熔覆增材制造，有效的消除轻合金内部组织缺陷，促进组织的球化过程，细化合金晶粒，而且，采用转换器实现了激光熔覆和高温喷丸强化处理两道工序之间不需要进行工件变动和设备更换，不仅加工效率高且工作可靠性强。

技术领域

本发明涉及激光增材制造、激光熔覆和激光热喷涂技术领域，尤其涉及一种感应辅助喷丸细化激光增材制造轻合金晶粒的方法和装置。

背景技术

现代高端装备的核心关键零部件大部分是运动部件，磨损、腐蚀、疲劳等原因造成了核心关键零部件的频繁损伤甚至失效，威胁设备长期可靠运行，造成大量昂贵的核心关键零部件报废，从而造成巨大的经济损失、资源浪费以及能源浪费。

随着航空航天技术的不断进步和发展，对于高性能材料的需求和质量要求进一步提高，以轻合金中最具代表性的钛合金为例，自发现之日起，由于其具有比强度高、耐腐蚀性好以及耐高温等一系列优异性能特点，在航空航天领域得到广泛应用。

激光增材制造技术由于具备复杂零部件的直接成形，且成形件的力学性能与锻件相当，是航空航天、生物医用等领域加工制造钛合金零部件的最优选择。按照激光增材制造钛合金的成形理论，在激光成形过程中，熔池和基板之间存在自上而下的较大温度梯度(Z方向)，同时熔池水平方向也存在由内向外的温度梯度(X方向)。在该温度场下，熔池瞬间凝固，形成沿温度梯度方向的贯穿数个熔覆层的粗大柱状晶，最终导致成形件综合力学性能不佳，各向异性突出等问题。

发明内容

本发明提供一种感应辅助喷丸细化激光增材制造轻合金晶粒的方法和装置，通过采用高温下的喷丸强化促进组织的球化过程，细化合金晶粒，阻断柱状晶贯穿熔覆层沿成形高度方向无限制外延生长，使轻合金成型件内部获得均匀细化的近等轴晶组织，提高激光增材制造轻合金构件的综合力学性能，从而减弱各向异性。

本发明提供的具体技术方案如下：

一方面，本发明提供的一种感应辅助喷丸细化激光增材制造轻合金晶粒的装置包括密闭加工舱、位于所述密闭加工舱内部的基体、围绕所述基体上方的熔覆层设置的第一感应线圈、位于所述熔覆层上方的红外测温装置、位于所述密闭加工舱内部的转换器和相对设置在所述转换器两侧的拉瓦尔喷管和激光熔覆头，其中，所述拉瓦尔喷管的出口处圆周方向上设置有第二感应线圈，通过切换转换器实现所述拉瓦尔喷管和所述激光熔覆头交替出现在所述熔覆层的上方，所述第二感应线圈控制所述拉瓦尔喷管的出口温度为800℃～930℃。

可选的，所述第二感应线圈固定在所述拉瓦尔喷管的出口处圆周方向上，且所述第二感应线圈随所述拉瓦尔喷管一起绕所述转换器转动。

可选的，所述第二感应线圈用于加热金属喷丸和载气以实现850℃～900℃下的高温喷丸强化处理。

可选的，所述第一感应线圈的中心线与所述熔覆层的上表面平齐，所述转换器顺时针旋转180°以实现所述拉瓦尔喷管和所述激光熔覆头的工作位置对换。

另一方面，本发明还提供一种感应辅助喷丸细化激光增材制造轻合金晶粒的方法，所述方法采用上述的感应辅助喷丸细化激光增材制造轻合金晶粒的装置，所述方法包括：

步骤1：通过顺时针旋转转换器将激光熔覆头移动至基体的正上方，并开启第一感应线圈将所述基体加热至850℃～900℃；

步骤2：调整红外测温装置的位置以使所述红外测温装置形成的测温光斑位于所述基体表面成型位置的表面上；