[发明专利]一种电感超声耦合辅助直接激光沉积金属材料的方法

摘要

一种电感超声耦合辅助直接激光沉积金属材料的方法,属于增材制造领域，涉及耦合能量场，该能量场为电感温度场和超声波动场耦合得到。随动电磁感应装置通过将感应线圈悬于激光头正下方使线圈跟随激光头运动对熔池周围圆形区域进行预热缓冷；底部超声装置固定于工作台与基板之间，超声波通过基板向上传导到熔池，对熔池及固液界面处进行冲击搅拌。该耦合能量场弥补了单一电感温度场对熔池没有搅拌效果及单一超声波动场对熔池作用时间短效果不显著的缺点。感应加热起到预热缓冷作用，降低温度梯度减小热应力，且温度场通过减缓熔池凝固速率有效提高超声对熔池的冲击搅拌效率；耦合能量场能够有效减少裂纹气孔缺陷，提高金属材料成形件的机械性能。

主权项

1.一种电感超声耦合辅助直接激光沉积金属材料的方法，其特征在于,包括以下步骤：第一步：安装超声电感辅助装置及位置调整安装超声电感辅助装置，超声平台(1)固定于机床工作台上，基板(2)固定在超声平台(1)上，安装后确保超声平台(1)上表面与基板(2)底面接触良好，调整感应线圈(3)至基板(2)上方2～4mm处，调整激光焦点与粉末流焦点重合并聚焦于基板(2)顶面；感应线圈(3)通过安装于机床悬臂的线圈架(5)保持与激光头(4)同心，并通过线圈架(5)的伸缩调整感应线圈(3)距激光头(4)的距离；电磁感应主机(7)通过系于线圈架(5)的线缆与感应线圈(3)连接；第二步：超声电感装置参数调试打开电磁感应主机(7)，设置电流频率，与此同时在关闭激光的情况下以程序预先确定好的扫描速度运行机床，用红外测温仪(6)实时监测激光头(4)正下方基板(2)顶面位置温度，调整电磁感应主机(7)的输入电流，直到红外测温仪(6)的显示温度稳定在初始加热温度时关闭电感装置；所述初始加热温度为600～1000℃；打开超声波发生器(8)，设定初始超声功率，所施加的超声作用于熔池及固液界面位置处，调整超声频率直到找到基板(2)的谐振频率，关闭超声装置；第三步：设置其他参数进行成形实验参数设置好后依次打开高纯氩气、送粉器、超声波发生器(8)、电磁感应主机(7)、红外测温仪(6)以及激光器，按照设定程序逐层进行成形；成形过程中随成形高度增加实时调整电感输入电流及超声声强，成形过程中每成形10层电感输入电流减小1～5A，每次电感输入电流减小的同时超声声强增加0.05～0.5W/cm²；成形结束机床停止后依次关闭送粉器、超声波发生器(8)以及电磁感应主机(7)；最后关闭高纯氩气以及红外测温仪(6)。