一種電-磁復(fù)合場(chǎng)協(xié)同激光熔覆裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種電-磁復(fù)合場(chǎng)協(xié)同激光熔覆裝置，包括激光器、激光傳輸通道、送粉頭、待熔覆基體和磁場(chǎng)發(fā)生裝置，待熔覆基體兩端安裝有工件夾持器，兩個(gè)工件夾持器分別通過(guò)導(dǎo)線與低壓大電流電源連接。本方案在進(jìn)行激光熔覆過(guò)程中，將外加電場(chǎng)和外加磁場(chǎng)同時(shí)耦合在工件中，使熔池區(qū)域的導(dǎo)電流體受到電-磁復(fù)合場(chǎng)的協(xié)同作用，產(chǎn)生可控洛侖茲力，以調(diào)控激光熔覆過(guò)程中的傳熱傳質(zhì)行為，可實(shí)現(xiàn)熔池對(duì)流的趨向性控制，達(dá)到調(diào)控凝固組織、優(yōu)化工件力學(xué)性能，調(diào)整溶質(zhì)元素或外加硬質(zhì)相分布、改善熔覆層表面形貌等目的。實(shí)現(xiàn)了電-磁復(fù)合場(chǎng)對(duì)激光所致熔池的協(xié)同控制，具有調(diào)控能力強(qiáng)、調(diào)控類(lèi)型靈活、適用范圍廣等特點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種電-磁復(fù)合場(chǎng)協(xié)同激光溶覆裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于激光制造【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種電-磁復(fù)合場(chǎng)協(xié)同激光熔覆的 裝直。

【背景技術(shù)】
[0002] 激光熔覆技術(shù)是指以采用不同的溶質(zhì)元素或硬質(zhì)相的添加方法，在基體表面添加 熔覆材料，經(jīng)過(guò)激光輻照后，使熔覆材料和基體表面同時(shí)熔化產(chǎn)生熔池，經(jīng)過(guò)快速凝固形成 低稀釋率且與基體呈冶金結(jié)合的表面覆層。激光熔覆技術(shù)同時(shí)也是激光組合増材制造和激 光3D打印技術(shù)的基礎(chǔ)。激光熔覆具有的主要特點(diǎn)是：熱輸入和工件變形較??；熔覆層與基 體呈冶金結(jié)合；熔覆材料消耗少，具有較好的性?xún)r(jià)比；熔覆過(guò)程容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。但 激光熔覆同時(shí)也存在一些共性問(wèn)題：
[0003] (1)激光工藝參數(shù)的調(diào)節(jié)只能改變?nèi)鄹矊尤鄢氐耐獠總鳠徇吔?，無(wú)法控制熔池內(nèi) 部流體的運(yùn)動(dòng)方向，因此通過(guò)單純調(diào)節(jié)激光工藝參數(shù)難以控制凝固層組織和性能的趨向 性；
[0004] (2)在激光熔覆的快速凝固條件下，熔覆層極易形成形態(tài)、大小和方向各異的不 均勻凝固組織，且熔覆層內(nèi)的氣孔和夾雜等微觀缺陷往往難以及時(shí)排出而殘留在熔覆組織 中，嚴(yán)重影響了熔覆層的質(zhì)量；
[0005] (3)在激光高能束的輻照作用下，熔覆層熔池發(fā)生強(qiáng)烈地?cái)噭?dòng)，造成溶質(zhì)元素或硬 質(zhì)相無(wú)序分布，在單層激光熔覆過(guò)程中難以實(shí)現(xiàn)其分層或梯度控制。
[0006] 針對(duì)上述問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者嘗試著利用外加磁場(chǎng)來(lái)對(duì)激光焊接和熔覆過(guò)程進(jìn)行了 調(diào)控。M.Bachmann等學(xué)者研究了利用永磁鐵提供的穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)和用電磁鐵提供的交變磁場(chǎng)對(duì) 鋁合金深熔焊過(guò)程的影響。研究結(jié)果表明穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)可抑制熔池的對(duì)流，進(jìn)而改善焊縫的截 面和表面形貌，抑制焊接過(guò)程中的飛濺現(xiàn)象，而交變磁場(chǎng)影響了焊縫熔池上下表面的壓強(qiáng) 分布，可優(yōu)化焊縫質(zhì)量。國(guó)內(nèi)劉洪喜等人采用附加旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方法得到了晶粒較細(xì)化的熔 覆層，并研究了旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)條件下熔覆層柱狀樹(shù)枝晶向等軸晶轉(zhuǎn)化的機(jī)理。
[0007] 在單純穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)作用下，由于洛倫茲力方向始終與熔池流動(dòng)方向相反，因此單純 穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)只能對(duì)熔池流動(dòng)起抑制作用，對(duì)熔池運(yùn)動(dòng)的方向性無(wú)明顯作用。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在熔池 中所形成的交變洛倫茲力無(wú)法在熔池內(nèi)部形成單向的體積力，無(wú)法對(duì)熔池流動(dòng)產(chǎn)生趨向性 影響，只能起到均勻化組織的作用。因此，現(xiàn)有的單純磁場(chǎng)對(duì)激光熔覆過(guò)程的調(diào)控形式單一 且調(diào)控能力有限，本實(shí)用新型的提出將有效解決上述問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 為了解決上述的技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的是提供一種電-磁復(fù)合場(chǎng)協(xié)同激光 熔覆裝置，通過(guò)改變外加磁場(chǎng)和電場(chǎng)的強(qiáng)度、方向和頻率，對(duì)所形成的洛倫茲力進(jìn)行有效控 制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)熔覆層熔池傳熱傳質(zhì)行為的有效控制，達(dá)到調(diào)控凝固組織、優(yōu)化工件力學(xué)性 能，調(diào)整溶質(zhì)元素或外加硬質(zhì)相分布、改善熔覆層表面形貌等目的。
[0009] 為了達(dá)到上述的目的，本實(shí)用新型采用了以下的技術(shù)方案：
[0010] 一種電-磁復(fù)合場(chǎng)協(xié)同激光熔覆裝置，包括激光器、激光傳輸通道、送粉頭、待熔 覆基體和磁場(chǎng)發(fā)生裝置，所述待熔覆基體兩端安裝有工件夾持器，兩個(gè)工件夾持器分別通 過(guò)導(dǎo)線與低壓大電流電源連接。
[0011] 作為優(yōu)選，所述磁場(chǎng)發(fā)生裝置為永磁鐵，永磁鐵布置在待熔覆基體兩側(cè)或底部。
[0012] 作為優(yōu)選，所述磁場(chǎng)發(fā)生裝置為勵(lì)磁裝置，勵(lì)磁裝置與激光傳輸通道同軸裝配，送 粉頭與激光傳輸通道同軸組合。
[0013] 本實(shí)用新型由于采用了以上的技術(shù)方案，具有下述優(yōu)點(diǎn)：
[0014] (1)克服了單一磁場(chǎng)作用下，無(wú)法控制熔池對(duì)流趨向性的缺陷，通過(guò)調(diào)節(jié)電-磁復(fù) 合場(chǎng)的不同協(xié)同方式，配合合適的激光工藝參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)熔覆層組織、溶質(zhì)元素、硬質(zhì)相和 性能的選區(qū)定制強(qiáng)化；
[0015] (2)由于外加電場(chǎng)的引入，大大提高了單純磁場(chǎng)對(duì)激光所致熔池的作用力和作用 效率；
[0016] (3)附加電場(chǎng)所需的大電流的獲取和控制相對(duì)強(qiáng)磁場(chǎng)來(lái)說(shuō)要容易且廉價(jià)得多，而 且電-磁復(fù)合場(chǎng)的協(xié)同可實(shí)現(xiàn)洛倫茲力的方向、大小、和頻率的靈活調(diào)控。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1是實(shí)施例1的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018] 圖2是實(shí)施例2的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】做一個(gè)詳細(xì)的說(shuō)明。
[0020] 實(shí)施例1 :
[0021] 如圖1所示的一種利用勵(lì)磁裝置提供垂直方向穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)的電-磁復(fù)合場(chǎng)協(xié)同激光 熔覆的裝置，包括激光器1、激光傳輸通道2、送粉頭3、勵(lì)磁裝置、工件夾持器5、導(dǎo)線7、低壓 大電流電8,其中激光器1與激光傳輸通道2可通過(guò)柔性光纖或飛行光路連接，送粉頭3、激 光傳輸通道2和勵(lì)磁裝置同軸配合，工件夾持器6根據(jù)要求布置在工件（待熔覆基體）5兩 偵牝工件夾持器6通過(guò)導(dǎo)線7與低壓大電流電源8連接。
[0022] 實(shí)施例2 :
[0023] 如圖2的利用永磁鐵提供水平方向穩(wěn)態(tài)磁場(chǎng)的電-磁復(fù)合場(chǎng)協(xié)同激光熔覆的裝 置，包括激光器1、激光傳輸通道2、送粉頭3、永磁鐵9、工件夾持器6、導(dǎo)線7、低壓大電流電 源8,其中激光器1與激光傳輸通道2可通過(guò)柔性光纖或飛行光路連接，送粉頭3和激光傳 輸通道2同軸配合，永磁鐵9布置在工件（待熔覆基體）5兩側(cè)，工件夾持器6布置在工件 5兩端，工件夾持器6通過(guò)導(dǎo)線7與低壓大電流電源8連接。
[0024] 需要強(qiáng)調(diào)的是：以上僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本實(shí)用新型作任 何形式上的限制，凡是依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等 同變化與修飾，均仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種電-磁復(fù)合場(chǎng)協(xié)同激光熔覆裝置，包括激光器（1)、激光傳輸通道（2)、送粉頭 (3)、待熔覆基體（5)和磁場(chǎng)發(fā)生裝置，其特征在于，所述待熔覆基體（5)兩端安裝有工件夾 持器（6)，兩個(gè)工件夾持器（6)分別通過(guò)導(dǎo)線（7)與低壓大電流電源（8)連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電_磁復(fù)合場(chǎng)協(xié)同激光熔覆裝置，其特征在于，所述磁場(chǎng) 發(fā)生裝置為永磁鐵（9)，永磁鐵（9)布置在待熔覆基體（5)兩側(cè)或底部。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電_磁復(fù)合場(chǎng)協(xié)同激光熔覆裝置，其特征在于，所述磁場(chǎng) 發(fā)生裝置為勵(lì)磁裝置，勵(lì)磁裝置與激光傳輸通道（2)同軸裝配，送粉頭（3)與激光傳輸通道 (2)同軸組合。
【文檔編號(hào)】C23C24/10GK204022940SQ201420450911
【公開(kāi)日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年8月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月11日
【發(fā)明者】姚建華, 王梁, 胡勇 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)