[发明专利]超声振动-电磁搅拌复合能场辅助激光熔覆的方法和装置

摘要

一种超声振动‑电磁搅拌复合能场辅助激光熔覆的方法和装置，其特征是所述的装置主要包括激光器、超声波振动设备和交流励磁装置等。本装置在激光熔覆过程中同时施加超声场和电磁场，使激光融化区域受到超声振动‑电磁搅拌的协同作用，从而对熔池中的组织形态进行调控，晶粒尺寸进行控制，宏观表面形貌进行改善，进而获得优异的熔覆层性能。该装置有效解决了在单一施加超声场中超声处理作用范围小的不足，以及单一施加电磁场中组织细化效果不明显的缺点。本发明实现了超声振动‑电磁搅拌复合能场对激光熔覆层组织性能的调控，可获得无裂纹孔洞、组织细化、性能优异的熔覆层，具有结构简单、操作方便、成本低廉、适用范围广等特点。 1

主权项

1.一种超声振动‑电磁搅拌复合能场辅助激光熔覆的方法，其特征是它包括如下步骤：

（1） 采用预置法将所需粉末预先铺在熔覆基体上，并将其置于真空干燥箱里烘干；

（2） 将干燥好的带有预置粉末的熔覆基体通过螺纹杆与超声波振动装置进行相连，并将其水平放置于两励磁线圈同轴线的中心处；

（3） 调节超声波电源的频率和功率，使带有预置粉末的熔覆基体产生高频振动，最大振幅为50μm，振动频率为20‑80kHz；同时对电子调压器进行自动调压使回路中的交流电流可调，以便在熔覆区内产生交变磁场；所述的电子调压器施加的最大电流为20A，在熔覆区内产生的是大交变磁场65.7mT；

（4） 开启激光器，通过工控机的控制完成熔覆加工，在加工过程中同时开启氩气气瓶，通过送气喷嘴对熔池进行保护；

（5）激光熔覆参数为：激光功率1000‑1800W，扫描速度400‑1200mm/min，光斑直径1‑4mm，保护气体氩气的流速10‑25L/h。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的预置法包括添加粘结剂、预置粉末压片和超音速喷涂。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的预置粉末须首先在真空干燥箱中100℃干燥20min，且将预置好粉末的熔覆基体再在真空干燥箱中100℃干燥2h。

4.一种超声振动‑电磁搅拌复合能场辅助激光熔覆的装置，其特征是它主要包括激光器（1）、励磁线圈（4）、超声波振动装置（6）、氩气气瓶（14）和送气喷嘴（17），所述激光器（1）和氩气气瓶（14）均受控于工控机（2）；在激光熔覆过程中使熔覆试样（3）产生高频振动的超声波振动装置（6）与可调超声波电源（10）相连，超声波电源（10）能调节超声波振动装置（6）前端振动子的振幅和振动频率，所述熔覆试样（3）安装在螺纹杆（18）上，螺纹杆（18）安装在超声波振动装置（6）上；励磁线圈（4）安装在熔覆试样（3）的两侧以便在激光熔覆过程中对熔覆试样（3）产生交变磁场；所述氩气气瓶（14）与送气喷嘴（17）相连，送气喷嘴（17）用于在激光熔覆过程中进行送气保护；电子调压器（11）通过伺服电机（13）进行自动无极调压，调压范围0~250V；电子调压器（11）和超声波电源（10）受控于单片机（8），单片机（8）受控于工控机（2）；所述的励磁线圈（4）与电子调压器（11）相连，电子调压器（11）通过伺服电机（13）经过减速器（12）对其进行调压，电子调压器（11）与励磁线圈（4）组成闭合回路。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征是所述的电子调压器（11）连接有能扩大其调压范围的可调电阻器（9）。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征是所述的熔覆试样（3）水平放置于两励磁线圈（4）的同轴线中心位置处。