[發明專利]用于激光送絲熔覆成形的超聲振動復合送絲裝置及方法

在審

• 申請號: 202111621703.2
• 申請日: 2021-12-28
• 公開（公告）號: CN114214621A
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 姚喆赫;陳健;姚建華
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: C23C26/02
• 分類號: C23C26/02
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;楊東煒

用于激光送絲熔覆成形的超聲振動復合送絲裝置，包括平臺移動機構、激光工作機構、送絲機構、超聲振動機構和平臺控制中心；平臺移動機構是可移動平臺；激光工作機構包括激光熔覆頭，激光熔覆頭發出激光對工件進行熔覆加工；送絲機構包括導絲管和送絲噴嘴，絲材通過導絲管進入噴嘴，再由送絲噴嘴后導出；超聲振動機構設置在送絲噴嘴內且位于絲材的兩側，使絲材產生高頻振動，從而耦合于激光束產生的熔池。本發明還提供一種用于激光送絲熔覆成形的超聲振動復合送絲裝置的方法。本發明將超聲振動與送絲結合應用于激光熔覆成形過程，利用超聲振動的輔助作用改善了熔覆層表面成形效果，提高了工藝質量，降低了制造成本。

技術領域

本發明涉及激光送絲熔覆、激光表面改性、激光表面修復領域，尤其涉及一種用于激光送絲熔覆成形的超聲振動復合送絲裝置及方法。

背景技術

激光熔覆技術是一種先進的熱加工制造技術，采用高密度的激光束對受損零件缺陷周圍的局部部位進行前期的預處理剔除重建，通過激光熔覆技術在重建區域逐層沉積修復，實現受損零部件的再利用。該技術可以充分發揮基體材料和熔覆材料各自的優勢，可根據零件的服役環境與性能要求，設計符合要求的修復區域，彌補相互之間的不足。利用該技術在修復受損零件之后，修復零件的尺寸恢復，部分性能回復甚至高于原件。適用材料廣泛、柔性化程度高、無模近終成形等獨特優勢，具有良好的發展前景。但由于該項技術的工藝特殊性及凝固機理的復雜性，仍面臨著極大的挑戰，存在著許多亟待解決的問題。

由于其快速冷卻和快速凝固的成形特點導致復合涂層仍然可能存在一些缺陷，常見的缺陷有裂紋、氣孔等。氣孔的實質是液態金屬凝固期間未能及時逸出而殘留在內部的氣泡，是一種微觀缺陷。氣孔的存在，將嚴重影響修復區的耐腐蝕性能、拉伸性能等，零件使用壽命也會大大降低。而且氣孔存在的部位易造成應力集中，容易產生裂紋。同樣裂紋也是激光再制造時所存在的嚴重工藝缺陷，是由于熔覆層內塑性儲備、應力狀態及涂層中氣體含量等因素綜合作用而產生的。裂紋的存在將大大影響工件的拉伸、疲勞性能等。

由此可見，為了將激光熔覆技術真正有效地應用與金屬加工領域，并推向產業化應用，需要控制激光成形中的熔合不良等缺陷，降低殘余應力，獲得組織均勻，力學性能優良的激光修復再制造件。

發明內容

為克服上述問題，本發明提供一種用于激光送絲熔覆成形的超聲振動復合送絲裝置及方法。

本發明的第一個方面提供用于激光送絲熔覆成形的超聲振動復合送絲裝置，包括平臺移動機構、激光工作機構、送絲機構、超聲振動機構和平臺控制中心；

所述平臺移動機構是可移動平臺，可移動平臺與平臺控制中心電連接，平臺控制中心控制可移動平臺的移動距離、方向及速度；可移動平臺上固定有工件，工件的上方設有激光工作機構和絲材；

所述激光工作機構包括激光熔覆頭和連接桿，連接桿為空心圓柱結構，空心圓柱結構用于激光能量傳輸；連接桿的底部連接有激光熔覆頭，激光熔覆頭豎向垂直于工件上方，激光熔覆頭發出激光對工件進行熔覆加工；激光熔覆頭還通過管路連接氬氣保護瓶，氬氣保護瓶內的保護氣通過管路從熔覆頭向下輸出；

所述送絲機構包括導絲管和送絲噴嘴，導絲管的末端連接送絲噴嘴，絲材卷繞在圓盤上，圓盤由電機驅動轉動將絲材往前輸送；絲材通過導絲管進入送絲噴嘴，再由送絲噴嘴后導出；

所述超聲振動機構設置在送絲噴嘴內且位于絲材的兩側，超聲振動機構包括外殼、匹配層、壓電陶瓷圓盤換能器、背襯、引出電纜和Cymbal陣列接收器，外殼內的底部設有背襯，背襯的上方依次設有電陶瓷圓盤換能器、Cymbal陣列接收器和匹配層，Cymbal陣列接收器的引出電纜通過送絲噴嘴的側壁導出與交變式電源相連；壓電陶瓷圓盤換能器用作基本的超聲波換能器，由它發射和接收超聲波信號；Cymbal陣列接收器作為超聲波接收器，用于接收壓電陶瓷圓盤換能器頻帶之外的多普勒回波信號。

本發明的第二個方面提供一種用于激光送絲熔覆成形的超聲振動復合送絲裝置的方法，包括以下步驟：