[發(fā)明專利]一種改善增材制造金屬構(gòu)件組織和性能的超聲沖擊與沉積成形集成裝置與技術(shù)

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201910724234.3
• 申請日: 2019-08-07
• 公開（公告）號: CN112342366A
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高華兵;姜風(fēng)春;許德;肖明穎;王振;果春煥;劉楊;張坤;陳元平;華大成
• 申請（專利權(quán)）人: 哈船制造科學(xué)研究院（煙臺）有限公司;哈爾濱工程大學(xué);杭州成功超聲設(shè)備有限公司
• 主分類號: C21D10/00
• 分類號: C21D10/00;C22F3/00;C23C24/10;B22F3/105;B33Y10/00;B33Y30/00
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1.一種新型的改善增材制造金屬組織和性能的超聲沖擊與激光沉積集成復(fù)合技術(shù)與裝置，其特征在于：把傳統(tǒng)的超聲沖擊裝置與激光沉積頭集成為一體化裝置，并且為了改善超聲沖擊工具頭工作過程的靈活性，提高空間利用率，加強(qiáng)作用效果，激光沉積頭設(shè)計在可嵌入鏤空環(huán)形沖擊工具頭中，成形時熔池始終在環(huán)型沖擊頭的中心，而環(huán)形超聲沖擊工具頭的邊緣任意方向均可以沉積層實施沖擊。

2.這種創(chuàng)新設(shè)計可以使超聲沖擊工具頭對激光沉積熔覆區(qū)的作用距離縮短，顯著提高超聲沖擊在改善增材制造金屬組織和性能的作用效果，并能夠?qū)崿F(xiàn)對沉積層進(jìn)行再結(jié)晶溫度以上區(qū)域的高溫鍛造，發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶，大幅提高材料塑性。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波沖擊與沉積成形集成復(fù)合技術(shù)與裝置，其特征在于，該裝置所述的可嵌入式鏤空環(huán)形工具頭，可與沉積熔覆頭進(jìn)行同軸裝配，達(dá)到跟隨任意路徑行走方向，沖擊強(qiáng)化金屬沉積層的目的。

4.所述沉積層熔池始終在環(huán)形超聲沖擊工具頭中心位置，超聲沖擊工具頭的環(huán)形邊緣均可作為沖擊點，沉積頭任意運動方向上受到超聲沖擊的作用，復(fù)雜零部件的超聲沖擊和沉積熔覆頭可采用同一路徑規(guī)劃路線，極大地簡化了程序設(shè)計和路徑規(guī)劃。

5.所述超聲沖擊工具頭為鏤空結(jié)構(gòu)，其特征在于：（1）該結(jié)構(gòu)設(shè)計有利于氣體流通，改善集成裝置過程中的整體散熱效果；（2）該結(jié)構(gòu)降低了沖擊頭的質(zhì)量，有利于超聲沖擊裝置的固有頻率、結(jié)構(gòu)匹配設(shè)計等；（3）該結(jié)構(gòu)設(shè)計極大方便于熔池在線監(jiān)測系統(tǒng)，在線監(jiān)測的光束可直接透過工具頭的空間間隔對熔池形貌進(jìn)行實時檢測。

6.所述超聲沖擊工具頭與加工狀態(tài)的工件接觸位置為圓環(huán)形設(shè)計，加工時直接作用在沉積層表面。

7.所述超聲沖擊工具頭底部沖擊環(huán)直徑，可根據(jù)沉積金屬的冷卻速度、再結(jié)晶溫度進(jìn)行縮放調(diào)整，以保證對不同金屬材料實現(xiàn)再結(jié)晶溫度以上的超聲沖擊。

8.所述超聲沖擊工具頭除設(shè)計為圓形結(jié)構(gòu)以外，可以根據(jù)實際加工過程需要設(shè)計成橢圓形，方形，長方形，三角形等，用以適配不同場景下的需求；

所述超聲沖擊工具頭，可根據(jù)熔覆頭尺寸進(jìn)行調(diào)整，以便于精準(zhǔn)裝配。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善金屬增材制造金屬組織和性能的超聲沖擊與沉積頭集成復(fù)合技術(shù)與裝置，其特征在于，所述金屬增材制造技術(shù)為激光送粉增材制造領(lǐng)域、激光及電弧熔絲沉積增材制造領(lǐng)域、電子束及等離子沉積增材制造領(lǐng)域。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善金屬增材制造金屬組織和性能的超聲沖擊與沉積頭集成復(fù)合技術(shù)與裝置，其特征在于，所述金屬材料為任何種類的金屬材料：鈦合金、合金鋼、高溫合金、不銹鋼、有色金屬（如，鋁合金、銅合金、鎂合金等）、金屬間化合物（如，鈦鋁系、鎳鋁系和鐵鋁系等）、金屬非晶態(tài)合金和高熵合金等。

11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善金屬增材制造金屬組織和性能的超聲沖擊與沉積頭集成復(fù)合技術(shù)與裝置，其特征在于，所述增材制造工藝的材料供給方式可以為同軸送粉、同軸送絲等。

12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善金屬增材制造金屬組織和性能的超聲沖擊與沉積頭集成復(fù)合技術(shù)與裝置，其特征在于，所述金屬材料的形狀可以為絲材和粉體，以及用于沉積成形工藝的其他可流動金屬形態(tài)。

13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善金屬增材制造金屬組織和性能的超聲沖擊與沉積頭集成復(fù)合技術(shù)與裝置，其特征在于：所述超聲沖擊和沉積頭的復(fù)合主要是通過重新設(shè)計超聲沖擊工具頭機(jī)械結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)與沉積設(shè)備的集成，為方便安裝和維護(hù)，連接形式為可拆卸螺紋連接。