[發(fā)明專利]一種減少激光熔覆成型零部件氣孔缺陷的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710813192.1
• 申請日: 2017-09-12
• 公開（公告）號: CN107502890B
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉偉嵬;張楠;鄧德偉;張元良;李濤;劉淑杰;鄭海彤;張洪潮
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;B22F3/105;B22F7/06;B33Y10/00
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠(yuǎn)

1.一種減少激光熔覆成型零部件氣孔缺陷的方法，其特征在于，該方法所用的系統(tǒng)，包括激光器(1)、同軸送粉器(2)、穩(wěn)恒磁場發(fā)生器(3)、直流電源(4)和熔覆基體(5)；激光器(1)用于為激光熔覆過程提供能量來源，同時激光器(2)還配有工業(yè)機器人輔助用于激光束的自由移動；同軸送粉器(2)用于為激光熔覆過程提供穩(wěn)定的材料輸入，同軸送粉器(2)搭載于激光器(1)上；穩(wěn)恒磁場發(fā)生器(3)用于輸出強度可調(diào)的定向均勻磁場，在搭載過程中，熔覆基體(5)置于穩(wěn)恒磁場發(fā)生器(3)的居中位置；直流電源(4)用于為基體材料輸出電流值可調(diào)的直流電源，直流電源(4)的正負(fù)極與熔覆基體(5)相連通；激光器(1)在熔覆基體(5)上進(jìn)行熔覆動作的同時，同軸送粉器(2)為熔覆過程同步輸送熔覆粉末；

具體步驟如下：

1)按照常規(guī)的清洗方法清洗熔覆基體(5)：將熔覆基體(5)浸沒在丙酮溶液中，在30-40℃溫度下，用超聲波清洗機清洗20-25分鐘，去除熔覆基體(5)表面污垢；清洗完成后，吹干熔覆基體(5)表面殘留的丙酮溶液；

2)將熔覆基體(5)置于穩(wěn)恒磁場發(fā)生器(3)內(nèi)，并用夾具進(jìn)行固定，使其處在均勻分布的定向磁場環(huán)境中；

3)將熔覆基體(5)與直流電源(4)的正負(fù)極相連通，在激光熔覆過程中，熔池(6)內(nèi)所受電磁力的方向豎直向下，此時由左手定則判斷熔覆基體(5)與直流電源(4)正負(fù)極的接通方向；

4)根據(jù)熔覆材料的特性及熔覆基體(5)的尺寸，調(diào)整穩(wěn)恒磁場發(fā)生器(3)輸出的磁場強度B，調(diào)整結(jié)束后用高斯計確認(rèn)磁場強度；

5)調(diào)整直流電源(4)的輸出電流值I：電磁力與重力均為體積力，用熔池(6)內(nèi)電磁力F_安與重力G的比值K，衡量所選用的電磁力大小；K的計算方法如下：

由此得：

I＝K ρg(S_熔+S_零+S_基)/B

在上述公式中，F(xiàn)_安為熔池所受電磁力，G為熔池所受重力，B為磁場強度，I_熔為熔池內(nèi)通過的直流電流，L_熔為熔池長度，I為直流電源所輸出的電流，S_熔為熔池截面積，ρ為基材密度，g為重力加速度，S_零為已熔覆成型的零部件截面積，S_基為基體截面積；在零部件的熔覆成型過程中，根據(jù)S_零的變化逐漸調(diào)整I值；

6)設(shè)置激光器(1)與同軸送粉器(2)的熔覆參數(shù)，在激光熔覆過程中，相較于常規(guī)的激光熔覆過程，熔池(6)在豎直方向上所受的體積力，除了常規(guī)重力G外，還增加了電磁力F_安的作用；此時，熔池(6)內(nèi)氣體的上浮力F_浮為：

F_浮＝ρV_氣g+KρV_氣g＝(1+K)ρV_氣g

其中，V_氣為熔池內(nèi)氣體的體積；未施加電磁力時，熔池(6)內(nèi)氣體的上浮力僅為ρV_氣g；施加電磁力后，熔池(6)內(nèi)的氣體具有更大的上浮力；施加電磁力后，氣體的上浮速度v₂大于未施加電磁力時氣體的上浮速度v₁，使得在電磁力作用下，激光熔覆成型零部件內(nèi)具有更少的氣孔缺陷；

7)激光熔覆過程結(jié)束后，分別關(guān)閉激光器(1)，穩(wěn)恒磁場發(fā)生器(3)與直流電源(4)，獲取激光熔覆成型零部件。