[發明專利]一種脈沖電流復合能場輔助激光熔覆的方法和裝置

在審

• 申請號: 202111130752.6
• 申請日: 2021-09-26
• 公開（公告）號: CN113862664A
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發明（設計）人: 王東生;高雪松;李榮;彭豐;肖猛
• 申請（專利權）人: 安徽中科春谷激光產業技術研究院有限公司
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10
• 代理公司: 安化縣梅山專利事務所 43005
• 代理人: 潘訪華

本發明涉及超高強度鋼再制造技術領域，具體的說是一種脈沖電流復合能場輔助激光熔覆方法和裝置，其特征是所述的裝置主要包括激光器、超聲波振動設備及隨動進給脈沖電流裝置等。本裝置在超高強度鋼激光熔覆再制造過程中同時施加超聲場和隨動進給脈沖電流，使再制造區域受到超聲振動?隨動進給脈沖電流的協同作用，從而對熔覆層中的組織結構進行調控。本發明實現了超聲振動?隨動進給脈沖電流復合能場對激光熔覆再制造層組織性能的調控，可獲得組織均勻、孔隙率低、晶粒尺寸細小、無裂紋的再制造層，特別適合于超高強度鋼再制造技術領域。

技術領域

本發明涉及超高強度鋼再制造技術領域，具體的說是一種脈沖電流復合能場輔助激光熔覆的方法和裝置。

背景技術

超高強鋼廣泛用于制造航空航天、武器、高速列車等重大需求場合的承力結構件，如飛機起落架、軸類和螺栓等。由于在服役過程中需要承受較高的應力，超高強結構件對疲勞、沖擊、磨損和腐蝕等造成的裂紋、形狀各異的凹坑等具有很高的敏感性，因此，修復再制造對于超高強鋼結構件的運行成本和安全性至關重要。作為一種新型的表面改性技術，激光熔覆再制造利用激光束快速加熱和冷卻的特點，在修復件表面熔覆同種或異種金屬粉末。該技術具有熔覆組織致密、界面結合強度高、構件變形小和工藝簡單等優點。采用激光熔覆技術對超高強鋼結構件進行修復，可以大幅縮短維修周期，延長構件的使用壽命。

但現階段對超高強鋼結構件的激光再制造還很不成熟，激光熔覆馬氏體成形層可用來修復疲勞開裂和磨損損傷的超高強度鋼構件，如飛機的起落架等。然而，由于激光熔覆馬氏體成形層相當于表面淬火過程，導致成形層整體拉伸性能、疲勞性能很差，韌性低，要獲得良好的成形層需經過較復雜的后續處理，對于實際修復工況要求嚴格。

專利CN 201910722197.2公開了一種飛機300M鋼起落架活塞桿唇口裂紋激光熔覆修改方法，但該方法需要在對活塞桿模擬件進行疲勞試驗基礎上，確定修復工藝，前期準備工作多，通用性差。專利CN 201710785371.9公開了一種超高強度鋼起落架件裂紋的電磁攪拌激光熔覆修改的方法，修復后構件變形可控，修復部件無缺陷，但存在組織細化效果不明顯的不足。

在激光熔覆過程中引入超聲振動，可以改善熔覆層的流動性，使氣泡快速逸出，組織分布更加均勻，凝固過程施加超聲振動，可以打碎正在長大的晶粒，并使其分散到熔覆層的各個部位從而形成均勻分布的小晶核。超聲振動還可以使液體更容易向結晶間的孔隙補充，有利于減少縮孔，部分消除拉應力產生的根源，從而減少熔覆層裂紋。另外利用超聲波在熔覆層中的空化和聲流效應，能使熔覆層各處溫度均勻化，改善熔覆層的凝固狀態，減少熔覆層殘余熱應力和開裂敏感性。專利CN 201611042347.8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。

在熔覆層凝固過程中，施加電流可以改善材料組織及性能?？紤]到在激光熔覆過程中，激光束位置與工件相對運動，如果施加電流的電極位置與工件固定不動，熔覆層只占導體的一小部分，大部分的電流未通過熔覆層，這將大大降低電流的實際效果；如果把電極固定在激光頭上隨動，就能使電極始終位于靠近熔覆層的位置并和熔覆層相對位置保持不變，一方面可以將電流大部分引入熔覆層，提高電流利用效率，另一方面較近的電極距離可以大大提高電流密度，增強改善效果。專利CN 201910821310.2公開了一種覆層裂紋自愈合的激光熔覆裝置及其加工方法，采用隨動進給脈沖電流輔助激光熔覆可以實現熔覆層裂紋的自愈合。

但是不管是單一輔助能場的超聲振動輔助激光熔覆，還是脈沖電流輔助激光熔覆，在修復超高強鋼結構件時，都難以獲得分布均勻的馬氏體組織，從而影響其疲勞性能和韌性。專利CN 201610114914.X公開了一種超聲振動-電磁攪拌復合能場輔助激光熔覆的方法和裝置，具有較好的熔覆效果。因此將超聲振動與脈沖電流相結合，使用超聲振動-隨動進給脈沖電流復合能場有望顯著提高超高強度鋼激光熔覆再制造性能。

發明內容

針對現有技術中的問題，本發明提供了一種脈沖電流復合能場輔助激光熔覆的方法和裝置。