[實用新型]一種抑制激光熔覆層裂紋的振動裝置

有效

• 申請號: 201120422930.8
• 申請日: 2011-10-31
• 公開（公告）號: CN202323028U
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 劉洪喜;王傳琦;蔣業華;周榮;張曉偉
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及一種抑制激光熔覆層裂紋的振動裝置，具體地說是一種用于細化激光熔覆層微觀組織晶粒、抑制裂紋產生的輔助裝置，屬激光加工設備技術領域。

背景技術

激光熔覆是上世紀末隨著激光技術發展而興起的一種表面強化技術。它是在基材表面添加所需要的熔覆材料，利用高能密度激光束快速加熱，使熔覆材料和基底表層同時熔化，并通過基底的激冷作用來實現快速凝固，從而形成與基底呈現冶金結合、且稀釋率極低的表面涂層。因激光熔覆具有應用靈活、耗能小、熱輸入量較低，引起的熱變形較小，不需要后續加工或加工量很小，減少公害等優點，近十年來激光熔覆技術在材料表面改性方面受到高度的重視，在汽車制造工業、航空航天工業、石油、模具等行業中應用廣泛。激光熔覆技術擁有眾多優勢的同時也存在亟待解決的缺陷。首先，由于激光熔覆過程中基材與熔覆層的結合界面存在較大的溫度梯度，垂直于結合面方向存在快速凝固行為，組織特征為外延生長的粗大樹枝晶，不利于熔覆層的機械性能；其次，基材與熔覆粉末之間有熱膨脹系數的差異，亦導致快速凝固的過程中產生了殘余應力，易引發熔覆層宏觀裂紋，在大面積熔覆過程中裂紋一旦產生，便會向后續搭接的熔覆層擴展，熔覆層表面的機械性能將大幅下降，甚至會造成整個加工零件的報廢。因此，熔覆層的裂紋問題一直是制約該技術進一步走向工業化應用的重要因素。

經對國內外公開發表的相關文獻檢索發現，目前在激光熔覆領域抑制和消除裂紋的主要方法有基體預熱和緩冷、向熔覆粉末中加入稀土元素、調整工藝參數等。上述方法中預熱和緩冷易受環境因素影響，添加稀土元素的方法同性較差，合適的工藝參數需通過大量的試驗來獲得，而且工藝參數與熔覆層內的裂紋數目存在著復雜的關系，幾種工藝參數的變化都會對裂紋數量產生影響，有一定的局限性，不利于推廣使用。上海交通大學的鄧琦林、宋建麗等人在專利CN1737197A“激光熔覆成形金屬零件的裂紋控制方法”中提出了通過對激光熔覆成形熔池溫度的閉環控制和/或在成形過程中引入超聲振動，減少殘余熱應力，抑制和消除裂紋。但該工藝提供的激振力較小，只能在一定程度上改善熔覆層質量。江蘇大學的周建忠、蔣素琴等人在專利CN101392382A“一種激光熔覆結合激光噴丸強化表面改性的方法和裝置”中提出了使用同軸送粉式快速軸流CO₂激光熔覆單元在基體表面熔覆一層涂層，然后用釹玻璃脈沖激光噴丸強化單元對熔覆層表面進行噴丸強化處理，利用測量反饋系統檢測熔覆層的表面粗糙度及其殘余應力分布狀態，通過中央控制及處理系統實現對涂層表面粗糙度和殘余應力的精確控制，從而獲得性能優異的高質量的表面熔覆涂層。該工藝在基材表面激光熔覆一層高性能材料，進而對熔覆層激光噴丸處理，若無法消除激光熔覆過程中熔覆層內溫度梯度及熱應力產生的殘余應力，抑制裂紋的萌生，則會導致熔覆層冷卻后產生表面裂紋，使后續的激光噴丸處理效果受到嚴重的影響，此工藝因此而產生局限性和制約性。

振動應用在金屬鑄件的歷史可以追溯到20世紀50、60年代，當時已有振動可能改變部分微觀結構、改善力學性能、減少缺陷的觀點。這種觀點在對鑄造鋁合金和鋼的研究中得到了證實，凝固過程中的振動能量會破碎樹枝晶臂，使樹枝晶趨于均勻化。經檢索，尚未發現利用外加機械振動來細化晶粒和抑制或消除激光熔覆層裂紋的方法，用于配合激光熔覆工藝、改善激光熔覆層裂紋的輔助振動設備也未見報道。

發明內容

本實用新型所要解決的技術問題是提出一種抑制激光熔覆層裂紋的振動裝置，通過其為激光熔覆過程提供輔助機械振動，抑制和消除激光熔覆層成形裂紋，改善激光熔覆層顯微組織和性能。

本實用新型的技術方案是：抑制激光熔覆層裂紋的振動裝置，由電磁振動臺15和振動控制系統組成；電磁振動臺包括機體22、裝于機體中的電磁振動裝置、裝于電磁振動裝置上端的振動載物臺面8、裝于振動載物臺面8上的夾具裝置7、以及振動控制電路，振動控制電路為基于信號控制的供電電路（輸出電壓額電路可調）；振動控制系統包括顯示器12、信號處理與控制裝置13、功率放大器11和振動感應探頭9，顯示器12和信號處理與控制裝置13相連，信號處理與控制裝置13輸出端與功率放大器11相連，功率放大器11輸出端與電磁振動臺控制信號輸入端14相連，振動感應探頭9與信號處理與控制裝置13的輸入端相連，功率放大器11上設有調節功率輸出的調節旋鈕10。

所述電磁振動裝置包括鐵芯20、線圈19、以及位于它們之上的銜鐵21，鐵芯20固于機體22底座上，銜鐵21與振動載物臺面8底端相連。

所述夾具機構7為與振動載物臺面8螺紋配合的螺栓或固于其上的夾鉗機構。