[发明专利]一种高频振动滚压强化激光熔覆层的装置及其使用方法

权利要求书

1.一种高频振动滚压强化激光熔覆层的装置，包括机器人手臂(I)，机器人手臂(I)与激光熔覆头(1)机械连接，激光熔覆头(1)上设置超声滚压系统(II)，其特征在于，超声滚压系统(II)包括与激光熔覆头(1)固定连接的超声滚压系统支架(2)，超声滚压系统支架(2)上滑动设置载荷加载横向滑块(3)和横向位置调整块(9)；

紧固螺钉(8)分别穿过载荷加载横向滑块(3)和横向位置调整块(9)与超声滚压系统支架(2)相接触；载荷加载横向滑块(3)上设置加压组件，横向位置调整块(9)上滑动设置升降组件，且加压组件和升降组件的底端均与超声振动装置(11)转动连接；

超声振动装置(11)的底端转动设置压滚(12)，且压滚(12)与激光熔覆头(1)产生的光斑位置固定，即压滚(12)与激光熔覆头(1)在加工状态时的相对位置固定，它们能够在机器人手臂(I)带动下进行同步移动。

2.根据权利要求1所述的高频振动滚压强化激光熔覆层的装置，其特征在于，加压组件包括设置在载荷加载横向滑块(3)上的载荷加载壳(4)，载荷加载壳(4)内部螺纹连接载荷加载螺杆(5)，中部设置压力传感器(6)，下端设置导杆(7)，且载荷加载螺杆(5)与压力传感器(6)连接，压力传感器(6)与导杆(7)连接，导杆(7)与超声振动装置(11)转动连接。

3.根据权利要求1所述的高频振动滚压强化激光熔覆层的装置，其特征在于，紧固螺钉(8)穿过载荷加载横向滑块(3)后与载荷加载螺杆(5)相接触。

4.根据权利要求1所述的高频振动滚压强化激光熔覆层的装置，其特征在于，载荷由加载螺杆施加，可提供0-500N的压力。

5.根据权利要求1所述的高频振动滚压强化激光熔覆层的装置，其特征在于，超声滚压系统支架(2)与激光熔覆头(1)连接处设置阻尼垫片。

6.根据权利要求1所述的高频振动滚压强化激光熔覆层的装置，其特征在于，升降组件包括与横向位置调整块(9)滑动连接的纵向位置调整柱(10)，紧固螺钉(8)穿过横向位置调整块(9)后与纵向位置调整柱(10)接触，纵向位置调整柱(10)下部转动连接超声振动装置(11)。

7.根据权利要求1所述的高频振动滚压强化激光熔覆层的装置，其特征在于，超声振动装置(11)内置超声波换能器，提供频率为20KHz、25KHz、28KHz和40KHz的超声振动。

8.一种使用如权利要求1-7中任意一项所述的高频振动滚压强化激光熔覆层的装置的方法，具体包括以下步骤，且以下步骤顺次进行：

步骤一、安装和调试超声滚压系统(II)：

固定待加工的工件，平板类工件用压板类夹具，轴类工件用卡盘和托架固定，确定激光熔覆头(1)的喷嘴与熔覆基体平面的距离H，即调整离焦量，并调整机器人手臂(I)，使激光熔覆方向与超声滚压系统(II)工作方向D一致，依据光斑的大小及实验数据，确定压滚(12)与熔覆层接触处为激光熔池的边缘，即确定参数S3数值；沿超声滚压系统支架(2)水平移动载荷加载横向滑块(3)和横向位置调整块(9)的位置，依据确定的参数S3数值和熔覆工件的表面形状，调节S1、S2参数，即调节压滚(12)相对激光熔池的位置，使得压滚(12)能够放置在熔池边缘；在激光熔覆开始之前依据设定的试验参数数值，调整好载荷加载装置和超声振动装置(11)；

步骤二、准备和启动系统：

首先在机器人手臂(I)静止不动的情况下，观察压滚(12)的位置、施加载荷的数值、超声振动的输出是否准确平稳，如有问题及时调整；然后，依据加工轨迹，应用机器人手臂(I)的移动带动激光熔覆头(1)和超声滚压系统(II)移动，观察压滚(12)是否滚动、载荷数值、超声振动是否平稳，如有问题及时调整；

上述装置在静态和动态情况下工作稳定后，选定基体材料及熔覆材料，首先开启超声滚压系统(II)，然后开启激光熔覆系统，即开启激光辐射和机器人手臂(I)移动，进行激光熔覆和超声滚压共同制备熔覆层；依据一定的搭接率制备用于实验的小面积熔覆层，制备后首先关闭激光熔覆系统，然后关闭超声滚压系统(II)；

步骤三、优化加工参数

熔覆层制备后，观察、测定、分析熔覆层的状态，多次实验后，对比分析各个参数对熔覆层的作用，找到最优参数；应用优化参数进行大面积熔覆层制备。