[发明专利]一种螺杆激光熔覆同步振动的装置与方法

说明书

本发明公开了一种螺杆激光熔覆同步振动的装置与方法，该方法包括：将待修复试样置于激光器下进行激光增材修复操作，将超声振动装置调整位置位于螺杆侧方，根据实际对象和需要，调整振动频率和振幅，确保熔覆过程中超声振动能够同步进行；本发明装置为轻型外挂组件，在安装调试阶段仅需要将其用螺钉紧固于激光头筒身外即可；本发明使用超声同步振动方式，振动源距离熔池较近，更加有效利用超声振动能，进而有效降低熔覆层内部残余应力，减少熔覆层裂纹和孔隙等缺陷，同时能够细化晶粒尺寸大小，进而有效提高熔覆层性能。

技术领域

本发明属于轴类件激光加工技术领域，具体涉及一种螺杆激光熔覆同步振动的装置与方法，利用本发明装置与方法可以改善螺杆件激光熔覆层残余应力。

背景技术

螺杆应用较为广泛尤其在塑料成型设备中，是塑料成型设备的核心部件。通常螺杆件在运行时需要承受很高的注射压力、较高的温度以及塑料填料的磨损，因此极易造成螺杆表面损伤失效。当达到一定磨损量时会影响螺杆使用寿命，运行时稳定性较差，甚至严重影响注塑机运行安全，造成螺杆件报废。由于一根大型螺杆转子制作工艺复杂、精度等级高、生产周期长、制造成本大，替换整根螺杆转子对企业的影响无疑是巨大的，因此对螺杆件表面磨损进行再制造修复可以大幅度降低企业生产成本、提高生产效率。

激光熔覆技术是利用一定功率密度的激光束作用在预先涂覆在金属表面或者或同步送入的具有某种功能性材料(通常以粉末，细丝等形式)上，在金属表面形成一层具有低稀释率并具有良好的冶金结合的熔覆层，从而达到改善金属表层性能的目的。激光熔覆技术可以有效实现零部件的修复，然而，激光熔覆技术在修复零部件的同时存在着亟待解决的缺陷：1)在激光熔覆修复过程中会导致层间存在较大的温度梯度将导致修复层内部形成裂纹和气孔；2)激光熔覆具有快速升温和冷却的特点，修复层内部极易产生残余应力；3)修复层内部晶粒尺寸不均匀，导致工件性能差异大。

针对上述缺陷，国内外学者已采用超声振动辅助激光熔覆进而改善熔覆层性能。范益等人将超声作用振动和激光熔覆装置并排设置，在激光熔覆过程中，超声装置位于熔覆区后方，振动通过在材料向熔池传输，从而降低熔覆表面残余应力，细化晶粒。梁栋等人通过法兰盘将超声装置固定于机器人下端，利用空气作为载体将超声振动传至熔覆层熔池，进而获得高性能的修复件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种螺杆激光熔覆同步振动的装置与方法，通过该装置在激光熔覆过程中辅助同步振动，改善熔覆层内部残余应力，抑制裂纹和气孔，细化晶粒，提高激光熔覆层性能。

本发明的技术方案如下：

一种螺杆激光熔覆同步振动的装置，包括：激光器、机械臂、熔覆装置、超声振动装置；

熔覆装置包括激光熔覆头和送粉器；

超声振动装置包括超声发生器、超声换能器、超声变幅杆和超声作用头；

激光器与激光传递光纤的一端连接，激光传递光纤的另一端连接机械臂，机械臂的工作端设有连接板，熔覆装置和超声振动装置同步设置于连接板上。

进一步，连接板通过法兰与激光熔覆头的筒身连接，并且连接板上开设T型槽，超声振动装置顶部设有梯形螺杆，超声振动装置通过梯形螺杆连接于连接板T型槽内，并通过连接板两侧螺母调节来实现超声振动装置的水平方向滑移，以及上下高度调整。

进一步，超声发生器通过电缆线与超声换能器进行连接，超声换能器与超声变幅杆通过可调节螺钉螺母连接，根据需要通过调整螺钉螺母角度从而调整超声变幅杆角度方向，超声作用头一端固定于超声变幅杆上，另一端作用于熔覆区侧面。

进一步，超声振动装置的振动频率为50～400HZ，振幅为20～200μm，根据实际对象和需要，可通过振动控制系统实现对振动频率和振幅在给定范围内的调整。

进一步，熔覆装置和超声振动装置均设有冷却水箱和冷却水动力装置。