[發明專利]一種超聲振動多維影響激光熔覆設備及方法

有效

• 申請號: 201910590330.3
• 申請日: 2019-07-02
• 公開（公告）號: CN110218999B
• 公開（公告）日: 2023-10-17
• 發明（設計）人: 李昌;高敬翔;于志斌;張大成;韓興
• 申請（專利權）人: 遼寧科技大學
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 鞍山嘉訊科技專利事務所(普通合伙) 21224
• 代理人: 張群

本發明涉及激光熔覆設備技術領域，尤其涉及一種超聲振動多維影響激光熔覆設備及方法。包括機架以及安裝在機架上的機械手部件、熔覆卡盤部件、耦合超聲系統部件以及轉臺系統部件，還包括控制柜；機械手部件設有熔覆頭，熔覆頭能做多維運動，所述耦合超聲系統部件一端與轉臺系統部件相連，另一端與熔覆卡盤部件相連，熔覆卡盤部件設有熔覆件，耦合超聲系統部件帶動熔覆件做超聲復合振動，轉臺系統部件帶動熔覆件旋轉；控制柜電氣相連并控制機械手部件、耦合超聲系統部件以及轉臺系統部件?？梢詫θ鄹驳兰虞d任意方向超聲振動影響，這種影響多維且可變功率，振幅可控，進而建立高效、自動化的多維超聲輔助激光熔覆平臺。

技術領域

本發明涉及激光熔覆設備技術領域，尤其涉及一種超聲振動多維影響激光熔覆設備及方法。

背景技術

隨著現代工業的發展，對機械產品表面性能要求越來越高，要求能在高速、高溫、高壓、重載以及腐蝕工況下可靠持續工作，這對制造技術提出了挑戰。一般金屬材料在經過表面處理后，可以代替貴重金屬，甚至因表面性能的改善，可延長機械產品使用壽命，提高生產力。激光熔覆作為一種新的加工技術，可以很好地滿足上述要求，近年來受到廣泛的關注與研究，并得到了一定的應用。但是具體的工藝實施過程中，熔覆層內部不可避免會產生微觀裂紋，這種微觀裂紋的存在對于工件的使役壽命產生重大影響，因此對熔覆過程施加影響，通過定量化細化晶粒組織減少微觀裂紋成為激光熔覆領域的瓶頸難題。

通常人耳能聽到的聲波頻率為16kHz～20kHz范圍，頻率超過20kHz的聲波為超聲波。超聲波具有頻率高、波長短、能量高、功率大、傳播過程更易發生反射、折射、散射、共振、衰減等現象。超聲振動是以超聲波發生器產生的超聲波為動力作用于振子系統，促使振子產生高頻微振動，在振子振動同時，超聲波發生器的高頻電信號通過換能器輸出為相同頻率的機械振動，經過變幅桿將振幅放大后，超聲波通過振子底部端面傳遞到作用物體表面，起到超聲振動作用。超聲振動技術憑借其超高頻、微振動、安全、無污染等特點被廣泛應用到諸多領域。實踐表明：采用超聲輔助的方式對激光熔覆過程施加影響，超聲波的空化效應、機械效應和熱效應將有效促使熔覆層應力場均勻化，進而細化晶粒組織，可以從根源上抑制裂紋的產生。與普通熔覆相比，超聲輔助激光熔覆溫度梯度為零的范圍更大，溫度場分布更為均勻，有效減小了成品的殘余應力。

但目前利用超聲振動影響激光熔覆的設備還不夠完善，主要表現在：設備系統性差，超聲功率不夠穩定，振幅不穩定，振動施加方式過于單一(只停留在垂直向或水平向的單一方向影響)、振動影響方向不穩定，所以導致超聲振動對激光熔覆的影響效果不能定量化，工藝實施過程也不盡如人意。

目前利用超聲輔助激光熔覆的設備并沒有考慮振動的多維加載，該領域尚屬空白。CN 106350817 A公開了一種超聲振動輔助激光熔覆制備無裂紋熔覆層的方法和裝置，其超聲輔助振動方向僅為單向振動，且其設計結構會導致激光熔覆頭受到超聲振動的干擾，不僅影響熔覆精度，甚至會損壞熔覆頭。CN 106917086 A公開了一種超聲振動輔助激光熔覆的方法和裝置，其利用水平引入的超聲振動這一外加的能場來改善激光熔覆層的組織和性能，采用冷卻水槽中通入冷卻水來降低激光熔覆過程中傳遞給換能器的熱量，進而提高激光熔覆加工的生產效率。但其同樣只考慮了單一方向上的超聲加載，導致超聲輔助效果得不到有效的發揮，且設計結構較為復雜，占地面積大。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供一種超聲振動多維影響激光熔覆設備及方法?？梢詫θ鄹驳兰虞d任意方向超聲振動影響，這種影響多維且可變功率，振幅可控，進而建立高效、自動化的多維超聲輔助激光熔覆平臺。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案實現：