[發明專利]一種全位置等強水介質超聲輔助電弧-激光增材裝置

在審

• 申請號: 201911345872.0
• 申請日: 2019-12-24
• 公開（公告）號: CN111761225A
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發明（設計）人: 孫清潔;劉一搏;靳鵬;董镈瓏;李軍兆;周英豪;楊歡;祁志偉
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（威海）
• 主分類號: B23K26/348
• 分類號: B23K26/348;B23K26/70;B33Y30/00;B33Y40/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種全位置等強水介質超聲輔助電弧?激光增材裝置及新方法，包括超聲振動發射裝置、箱體、電源模塊、升降工作平臺和控制面板部分。所述升降工作平臺可以在振動箱體內部垂直升降，使得沉積層均獲得等強超聲波作用；本發明通過水介質將超聲能量傳遞到電弧增材熔池中；通過調整升降平臺來保持沉積層的相對高度；通過在水介質相同高度中均布的等強振動能量，實現沉積層全位置實時等強超聲能量作用，從而抑制柱狀晶的生長，并且通過空化效果抑制氣孔生長。此外，在使用電弧增材制備金屬基復合材料時，超聲波振動產生的聲流及聲空化效應有助于改善陶瓷增強體的團聚效應細化組織，從而使得增材部件力學性能顯著提高。

技術領域

本發明涉及電弧-激光增材領域，特別是細化增材組織晶粒與改善電弧-激光增材氣孔缺陷領域。

背景技術

以電弧-激光為熱源熔化焊絲后進行逐層堆積成形的增材制造技術，由于逐層堆積成形和能量輸入物理特性的特點，增材成形冷卻速度快且持續熱過程導致沉積層出現粗大的柱狀晶，使得增材部件出現力學性能各向異性。此外，由于冷卻速度較快使得熔池中的氣體來不及逸出，從而在凝固后的熔池中殘存在沉積層的內部形成氣孔缺陷，導致材料整體性能降低且成為材料斷裂的裂紋源。在添加陶瓷納米顆粒制備金屬基復合材料的絲材增材制造中，添加的增強相與熔融的金屬之間的潤濕性一般較差，通過表面涂覆顆粒增材時，受到陶瓷顆粒的影響熔融金屬不能均勻熔覆鋪展；此外某些增強相在熔池中會發生團聚現象，致使增強相不能均勻彌散分布在增材組織中，不能起到最佳的強化效果，使得材料利用率下降。因此，細化沉積層的晶粒、組織均勻化、減少氣孔缺陷、以及改善增強相與熔融金屬之間的潤濕性、使增強相均勻彌散分布在熔池中是亟須解決的難題。

發明內容

鑒于此，本發明的目的在于提供一種全位置等強水介質超聲輔助電弧-激光增材裝置及方法，以解決現在技術中的問題。

根據本發明的第一方面，提供一種全位置等強水介質超聲輔助電弧-激光增材裝置，包括超聲振動發射裝置、箱體、電源模塊、升降工作平臺和控制面板部分。

優選地，所述全位置等強水介質超聲輔助電弧-激光增材裝置，其特征在于，所述升降工作平臺通過四個螺桿固定在振動箱體中心，并且可以沿著螺桿作垂直移動，并通過螺母定位。

優選地，所述全位置等強水介質超聲輔助電弧-激光增材裝置，其特征在于，所述電源模塊放置在振動箱體后側與外接電源相連。

優選地，所述全位置等強水介質超聲輔助電弧-激光增材裝置，其特征在于，控制面板放置于振動箱體上位于電源模塊對側，控制面板上設計有兩個開關、三個旋鈕、三個參數顯示器與一個觸摸屏控制板，開關用于控制超聲輔助裝置啟動，三個旋鈕分別可以設置振動頻率、功率、溫度三個參數，觸摸屏控制板用于設定裝置工作時間參數，并顯示設備運行狀態。

優選地，所述全位置等強水介質超聲輔助電弧-激光增材裝置，其特征在于，振動箱體設計為長方體盒狀，用以裝填超聲波傳遞介質如水等。

優選地，所述全位置等強水介質超聲輔助電弧-激光增材裝置，其特征在于，所述升降工作平臺沿其形心在四個對稱角處設計有四個螺紋孔用以在螺桿上升降與固定。

優選地，所述全位置等強水介質超聲輔助電弧-激光增材裝置，其特征在于，所述升降工作平臺設計為長方體薄殼狀，且在其中間對稱分布有兩個螺紋孔用于裝卡增材時所使用的母材。

優選地，所述全位置等強水介質超聲輔助電弧-激光增材裝置，其特征在于，所述超聲振動箱體底部沿著形心在四個對稱角處設計有四個螺紋孔用以與螺桿進行連接。

根據本發明的第二方面，提供一種全位置等強水介質超聲輔助電弧-激光增材裝置的使用方法，包括如下步驟。

步驟一：在進行增材前，首先向全位置等強水介質超聲輔助電弧-激光增材裝置的超聲振動箱體中注入高度合適的超聲波傳遞介質。