CN104419925A - 一种超声振动辅助激光熔覆复合处理装置 - Google Patents

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李美艳
韩彬
王勇
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Abstract

本发明涉及一种超声振动辅助激光熔覆复合处理装置，是对基体试样在激光熔覆过程中同步施加超声振动，降低激光熔覆层开裂敏感性、细化组织。其特征在于包括：①包括试块[1]、变幅杆[2]、法兰[3]、换能器[4]、散热风扇[5]、立柱支架[6]、电缆线[7]和超声波发生器[8]；②基体为平板试块，处理前无需进行预热，处理后无需进行缓冷；③熔覆粉末种类不受限制；④试块[1]与变幅杆[2]之间通过螺栓连接；⑤散热风扇[5]用于排出装置工作时产生的热量；⑥超声波发生器[8]通过电缆线[7]与换能器[4]连接，再通过变幅杆[2]将超声振动传递到试块[1]。本发明加工效率高，操作简便，对环境无污染，获得表面无裂纹、内部组织细小的熔覆层。

Description

一种超声振动辅助激光熔覆复合处理装置
技术领域
本发明涉及一种超声振动辅助激光熔覆复合处理装置，属于材料表面处理过程中的辅助设备。本装置特别适用于激光表面加工处理领域。
背景技术
激光熔覆技术是指以不同的添料方式在被涂敷基体表面上放置选择的涂层材料，经高能激光束使之和基体表面一薄层同时熔化，并快速凝固后形成稀释度极低，与基体材料成冶金结合的表面涂层，从而显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化性等的工艺。激光熔覆作为表面工程技术领域的一种新兴技术，因其具有界面为冶金结合、组织极细、熔覆层稀释率地，厚度可控、热畸变小等诸多独特的优点，已成为比较活跃的研究领域。但由于激光熔覆是一个复杂的物理、化学及冶金过程，在激光快速加热和冷却以及熔化凝固过程中极易产生拉应力，使裂纹敏感性大大提高。
传统的消除裂纹的方法：预热、缓冷、后热、加入稀土或合金元素、使用专用的抗裂粉末。然而使用预热炉或回火炉对熔覆试样进行预热和缓冷来减小裂纹开裂倾向，只能消除还未达到材料屈服强度的应力，而不能对大量已导致裂纹开裂的内应力产生影响，预热温度太高时，会使晶粒粗大，影响熔覆层组织性能。通过调整合金元素比例，增加熔敷层的韧性，可以降低裂纹敏感性，但同时降低熔敷层的硬度和耐磨性。
专利（201010294577.X）内容涉及轴类零件表面制备低裂纹率涂层的激光熔覆—旋压法，具体是将激光熔覆设备与旋压设备近邻放置，使激光光斑始终照射在旋压设备的旋论即将旋压到的轴类零件表面。本发明方法适用于轴类零件的表面熔覆，熔敷层在旋轮的旋转压力下发生塑性变形，内部残余应力得以消除，降低了裂纹敏感性。但是其对于熔敷层材料和过渡层材料的塑形有较高的要求，选材范围窄；设备过于庞大，调节校准困难；只能适用于轴类及旋转零件，使用受到限制。
专利（200310108499.X）内容涉及激光熔覆纳米陶瓷涂层抗裂的处理方法，使用过渡层来增强熔敷层与基体的结合强度，利用纳米微粒熔点低、易扩散的特点来提高熔敷层的致密度，从而防止裂纹产生。但制备纳米微粒，会大大提高熔覆成本，不利于工业化生产。
专利（201010616580.9）使用处理过的网丝紧敷于打磨后的待熔覆表面，通过细小的网格来限制裂纹的扩展。但是对网格的制造和处理过程繁琐，并且要对试样表面进行打磨处理，增加工作量，效率低。
本发明提出一种超声振动辅助激光熔覆复合处理装置，在熔覆过程中引入超声振动，可以改善液态金属的流动性，组织分布更加均匀，在凝固过程中，可以将正在长大的枝晶网打碎，并使其分散到熔体的各个部位形成均匀分布的小晶核。设备简单，利于校准安装，耗能小，工作环境好，对大多数的粉末都能够适用。
发明内容
本发明的目的是克服激光快速加热、冷却过程中裂纹敏感性大的缺点，提供一种高效、操作简便、环保且不影响激光加工的超声辅助装置。
本发明所述的超声振动辅助激光熔覆复合处理装置，是对基体试样在激光熔覆过程中同步施加超声振动，降低激光熔覆层开裂敏感性、细化组织。
上述的一种超声振动辅助激光熔覆复合处理装置，其特征在于，所述装置由试块[1]、变幅杆[2]、法兰[3]、换能器[4]、散热风扇[5]、立柱支架[6]、电缆线[7]和超声波发生器[8]组成。
上述的一种超声振动辅助激光熔覆复合处理装置，其特征在于，所述的基体试块为平板试块。
上述的一种超声振动辅助激光熔覆复合处理装置，其特征在于，熔覆粉末种类不限制。
上述的一种超声振动辅助激光熔覆复合处理装置，其特征在于，所述的基体试块不需要进行预热和缓冷处理。
上述的一种超声振动辅助激光熔覆复合处理装置，其特征在于，试块[1]与变幅杆[2]之间通过螺栓连接。
上述的一种超声振动辅助激光熔覆复合处理装置，其特征在于，立柱支架用来支撑整个装置保证整个工作面的平整度。
上述的一种超声振动辅助激光熔覆复合处理装置，其特征在于，通过底部散热风扇[5]排出装置工作过程中产生的热量，保证装置连续长时间工作。
上述的一种超声振动辅助激光熔覆复合处理装置，其特征在于，超声波发生器[8]通过电缆线[7]与换能器[4]连接，再通过变幅杆[2]将超声振动传递到试块[1]。
上述的一种超声振动辅助激光熔覆复合处理装置，其特征在于，激光熔覆过程中对基体试块同步施加超声振动。
本发明所述的超声振动辅助激光熔覆复合处理装置，其技术关键是将超声振动与激光熔覆相结合，在实现激光快速熔覆的同时，引入超声振动改善熔覆层成型及组织特征，获得表面无裂纹、内部组织细小的熔覆层。本发明避免了激光熔覆处理前试块的预热处理以及处理后的缓冷处理，加工效率高、对环境友好，操作简单。
本发明的优点及有益效果
本发明所述的超声振动辅助激光熔覆复合处理装置，其特点如下：
①采用超声振动辅助激光熔覆复合处理装置，可以使所用的粉末种类不受限制。
②采用超声振动辅助激光熔覆复合处理装置，可避免基体试块激光熔覆处理前的预热处理以及处理后的缓冷处理，加工效率高，操作简便，对环境无污染，显著降低了熔覆层裂纹敏感性，且熔覆层组织致密、细小。
说明书附图及附图的简要说明
图1超声振动辅助激光熔覆复合处理示意图。
符号说明：
1.激光发生器；2.导光***；3.超声振动装置；4.超声波发生器。
图2超声振动辅助激光熔覆复合处理装置的二维主视图。
符号说明：
1.试块；2.变幅杆；3.法兰；4.换能器；5.散热风扇；6.立体支架；7.电缆线；8.超声波发生器。
图3超声振动辅助激光熔覆复合处理装置的二维俯视图。
图4超声振动辅助激光熔覆复合处理装置的三维图。
具体实施方式：
下面结合附图和实例对本发明作进一步说明：
如图1和图2所示，本发明所述的超声振动辅助激光熔覆复合处理装置，包括试块[1]、变幅杆[2]、法兰[3]、换能器[4]、散热风扇[5]、立柱支架[6]、电缆线[7]和超声波发生器[8]组成。将待熔覆的基体试块[1]表面磨平，再用丙酮擦拭表面去油污，通过螺栓将试块[1]与变幅杆[2]固定，然后通过电缆线[7]将超声发生器[8]与换能器[4]连接。待熔覆粉末预置在试块表面，将激光头移动至待熔覆位置，同时开启超声波发生器和激光器。熔覆结束后关闭超声波发生器，以达细化组织、提高熔覆层性能的目的。
上面以举例方式对本发明进行了说明，但本发明不限于上述具体实施例，凡基于本发明所做的任何改动或变型均属于本发明要求保护的范围。
建议保护的内容：
①超声振动辅助激光熔覆复合处理装置。

Claims (9)

1.上述的一种超声振动辅助激光熔覆复合处理装置，其特征在于，所述装置由试块[1]、变幅杆[2]、法兰[3]、换能器[4]、散热风扇[5]、立柱支架[6]、电缆线[7]和超声波发生器[8]组成。
2.上述的一种超声振动辅助激光熔覆复合处理装置，其特征在于，所述的基体试块为平板试块。
3.上述的一种超声振动辅助激光熔覆复合处理装置，其特征在于，熔覆粉末种类不限制。
4.上述的一种超声振动辅助激光熔覆复合处理装置，其特征在于，所述的基体试块不需要进行预热和缓冷处理。
5.上述的一种超声振动辅助激光熔覆复合处理装置，其特征在于，试块[1]与变幅杆[2]之间通过螺栓连接。
6.上述的一种超声振动辅助激光熔覆复合处理装置，其特征在于，立柱支架用来支撑整个装置保证整个工作面的平整度。
7.上述的一种超声振动辅助激光熔覆复合处理装置，其特征在于，通过底部散热风扇[5]排出装置工作过程中产生的热量，保证装置连续长时间工作。
8.上述的一种超声振动辅助激光熔覆复合处理装置，其特征在于，超声波发生器[8]通过电缆线[7]与换能器[4]连接，再通过变幅杆[2]将超声振动传递到试块[1]。
9.上述的一种超声振动辅助激光熔覆复合处理装置，其特征在于，激光熔覆过程中对基体试块同步施加超声振动。
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