CN104313569A - 激光沉积修复熔池中引入超声波的方法及装置 - Google Patents

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马刚
王维
杨光
钦兰云
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/08—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
    • C23C24/10—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat with intermediate formation of a liquid phase in the layer

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Abstract

本发明提供一种激光沉积修复熔池中引入超声波的方法及装置。为实现上述目的，本发将超声波发生器连接需要熔覆的金属材料，需要熔覆的金属材料与工件紧密贴合，工件的下方为工作台，用于固定安放工件，激光送粉喷嘴位于工作台上方对准需要熔覆的金属材料。其有益效果是：（1）该方法可以细化工件的微观组织；（2）该方法能够提高工件的机械性能；（3）该方法可以减小超声波在传播过程中的能量损失。

Description

激光沉积修复熔池中引入超声波的方法及装置
技术领域
本发明提供一种激光沉积修复熔池中引入超声波的方法，属于材料成形技术领域。
背景技术
激光沉积制造技术是一种兴起于20世纪80年代新型的先进制造技术，该技术将激光熔覆技术和快速原型制造技术相结合，通过金属粉末快速凝固，激光逐层熔化沉积制造复杂零件，具有成本低、加工周期短和材料利用率高等优点，广泛应用于复杂零件的直接制造和修复，具有广阔的应用前景。但激光沉积制造件的力学性能不高，超声场处理金属熔体是提高力学性能的有效方法。超声波在铸造过程中一般是直接在熔池中引入超声变幅杆，而在激光沉积修复过程中,由于熔池一般很小,无法直接将超声变幅杆直接伸入熔体, 因此只能采用间接的方法。
发明内容
发明目的：本发明提供一种激光沉积修复熔池中引入超声波的方法及装置，其目的是解决以往的间接方法所存在的应用局限性的问题。
技术方案：本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种激光沉积修复熔池中引入超声波的方法，其特征在于：该方法将超声波发生器连接至需要熔覆的金属材料，需要熔覆的金属材料与工件紧密贴合，将工件置于工作台上，将激光送粉喷嘴置于需要熔覆的金属材料上方且对准需要熔覆的金属材料，激光功率在500W~3000W之间，送粉喷嘴的扫描速度在2mm/s~10mm/s之间，超声波发生器的输出频率在15kHz~40kHz之间，超声波发生器的输出功率在500W~2000W之间。
实施上述的激光沉积修复熔池中引入超声波的方法所专用的激光沉积修复熔池中引入超声波的装置，包括需要熔覆的金属材料及工作台，其特征在于：需要熔覆的金属材料与工件紧密贴合，工件置于工作台上，需要熔覆的金属材料与超声波发生器连接，需要熔覆的金属材料的上方设置有对准该材料的激光送粉喷嘴。
优点及效果：本发明提供一种激光沉积修复熔池中引入超声波的方法及装置。为实现上述目的，本发将超声波发生器连接需要熔覆的金属材料，需要熔覆的金属材料与工件紧密贴合，工件的下方为工作台，用于固定安放工件，激光送粉喷嘴位于工作台上方对准需要熔覆的金属材料。
其有益效果是：（1）该方法可以细化工件的微观组织；（2）该方法能够提高工件的机械性能；（3）该方法可以减小超声波在传播过程中的能量损失。
附图说明：
图1为本发明的效果对比示意图。
其中：（1）为未使用本方法的激光沉积区域的显微形貌图，其放大倍数为1000倍；（2）为使用本方法的激光沉积区域的显微形貌图；其放大倍数为1000倍。
图2为激光沉积修复熔池中引入超声波的装置的结构示意图。
具体实施方式：下面结合附图对本发明做进一步的说明：
如图1所示，本发明提供一种激光沉积修复熔池中引入超声波的方法，该方法将超声波发生器连接至需要熔覆的金属材料，需要熔覆的金属材料与工件紧密贴合，将工件置于工作台上，将激光送粉喷嘴置于需要熔覆的金属材料上方且对准需要熔覆的金属材料。激光功率在500W~3000W之间，送粉喷嘴的扫描速度在2mm/s~10mm/s之间，超声波发生器的输出频率在15kHz~40kHz之间，超声波发生器的输出功率在500W~2000W之间。
实施例：
激光功率1500W，送粉喷嘴的扫描速度为5mm/s，超声波发生器的输出频率为20kHz，超声波发生器的输出功率为1000W。
（一）图（1）为未使用本方法的激光沉积区域的显微形貌图，其放大倍数为1000倍；（2）为使用本方法的激光沉积区域的显微形貌图，其放大倍数为1000倍。在激光沉积区域，修复层显微形貌均由粗大的针状α +片层β转变组织+片状α相转变组成。使用本方法后，α相析出量增多，且未使用本方法的α片层较长，而使用本方法之后，α片层变短，明显的细化了工件的微观组织。
（二）对于使用本方法工件的机械性能，屈服强度提高14.70%，抗拉强度提高了12.40%。
（三）未使用本方法工件的超声振动振幅为11μm，使用本方法工件的超声振动振幅为15μm，得到了明显的提高，达到了减小超声波在传播过程中的能量损失的目的。
激光沉积修复熔池中引入超声波的装置，包括需要熔覆的金属材料3及工作台1，需要熔覆的金属材料3与工件5紧密贴合，工件5置于工作台1上，需要熔覆的金属材料3与超声波发生器2连接，需要熔覆的金属材料3的上方设置有对准该材料的激光送粉喷嘴4。
工作台1用于固定安放工件5。
激光修复在工件5上完成，工件5固定在工作台1上，改变超声波发生器2的输出功率，就可得到不同强度的超声波，超声波通过需要熔覆的金属材料3进行传播，经过较短的路径传播到熔覆熔池中，对熔池进行作用，减少了超声波的能量损失。

Claims (2)

1.一种激光沉积修复熔池中引入超声波的方法，其特征在于：该方法将超声波发生器连接至需要熔覆的金属材料，需要熔覆的金属材料与工件紧密贴合，将工件置于工作台上，将激光送粉喷嘴置于需要熔覆的金属材料上方且对准需要熔覆的金属材料，激光功率在500W~3000W之间，送粉喷嘴的扫描速度在2mm/s~10mm/s之间，超声波发生器的输出频率在15kHz~40kHz之间，超声波发生器的输出功率在500W~2000W之间。
2.实施权利要求1所述的激光沉积修复熔池中引入超声波的方法所专用的激光沉积修复熔池中引入超声波的装置，包括需要熔覆的金属材料（3）及工作台（1），其特征在于：需要熔覆的金属材料（3）与工件（5）紧密贴合，工件（5）置于工作台（1）上，需要熔覆的金属材料（3）与超声波发生器（2）连接，需要熔覆的金属材料（3）的上方设置有对准该材料的激光送粉喷嘴（4）。
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