一种复合能场辅助激光熔覆增材方法技术

本发明专利技术公开了一种复合能场辅助激光熔覆增材方法，采用可提高激光熔覆效率的高频感应加热与可调控显微组织及消除裂纹与孔隙的超声冲击相结合的方法，采用智能化的机器人自动控制，制备高性能无缺陷激光金属熔覆材料。克服了在激光熔覆技术下，存在着由于温度梯度大，熔池冷却速率高而导致的显微组织不均与及性能降低、以及气孔、夹渣、裂纹等缺陷。通过在高温下的超声冲击对晶粒破碎的作用对下一层激光熔池的凝固形核提供大量异质形核点，使得在高效快速激光熔覆过程中获得晶粒分布均匀且细小、显微组织细化与均化、无裂纹孔隙缺陷的高性能熔覆层。的高性能熔覆层。的高性能熔覆层。

【技术实现步骤摘要】
一种复合能场辅助激光熔覆增材方法


[0001]本专利技术涉及材料表面激光增材制造领域，具体涉及一种复合能场辅助激光熔覆增材方法。

技术介绍

[0002]激光熔覆技术以其冷却速度快、涂层稀释率低、热变形小及易实现自动化控制等优势在机械、汽车、航空航天及石油化工等领域具有广阔的应用前景。超声冲击处理是常见的材料表层改性手段，被广泛应用于材料的表面改性层中。激光熔覆增材制造目前已成为激光熔覆制备涂层的研究热点。但激光熔覆增材工艺在实际应用中仍存在一些问题，如激光熔覆效率较低、熔覆层易产生孔隙、裂纹、熔覆层组织存在粗大柱状枝晶及较大的残余应力易使涂层剥落等不足，这极大地阻碍了该技术在工业化应用中的推广。
[0003]采用传统大型的机械变形加工的方法，如锤击、锻打、轧制等方法，受到材料尺寸、施工条件等因素，对改善和解决激光熔覆存在的空隙、裂纹等材料缺陷影响时，变形过大、容易破坏材料本身组织；采用单一的回火、退火等热处理工艺改善激光熔覆缺陷时，则存在消除缺陷不完善，空隙等缺陷难以消除、并且还会降低材料强度，影响材料性能。因此对于性能要求高，而常规激光熔覆工艺生产的材料难以满足其使用要求时，采用提高材料性能的后处理和前处理是必要的。而常规的后处理工艺存在工况严苛，生产效率低等问题，难以达到预期目的。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种能够制备高性能无缺陷材料的复合能场辅助激光熔覆增材方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]一种复合能场辅助激光熔覆增材方法，所述增材方法包括：
[0007]步骤100：将经打磨、清洗和吹干后的基材10安装固定在夹具8上；
[0008]步骤200：将配比好的金属粉末放入高温干燥后放入送粉器12；
[0009]步骤300：设置电磁感应加热装置参数，自动调节感应加热电源19，使高频感应加热线圈17对基材10进行预热，使基材10表面温度保持在150～ 300℃；
[0010]步骤400：待试样表面温度达到预定温度后，自动开启激光熔覆装置3 实现对基材10的单层激光熔覆；
[0011]步骤500：采用电磁感应加热装置对所述待试样加热到设定的温度；
[0012]步骤600：关闭激光器，设置冲击参数后，智能开启超声冲击装置1和激光扫描设备4对熔覆表面激光扫描反馈控制的超声冲击处理；
[0013]步骤700：待超声冲击结束后自动超声冲击装置1，同时智能开启高频感应加热装置20对熔覆层17进行预设的缓冷处理程序；
[0014]步骤800：缓冷到500～600℃温度后，自动重新开启激光熔覆装置3，在上一层熔覆
层17上继续进行激光熔覆增材。
[0015]可选的，所述步骤100：将经打磨、清洗和吹干后的基材10安装固定在夹具8上中的基材10通过螺丝11、压片9在工作台19进行夹紧定位。
[0016]可选的，所述步骤200：将配比好的金属粉末放入高温干燥后放入送粉器12中的所述金属粉15末为镍基、钴基或铁基自熔性合金粉末。
[0017]可选的，所述步骤300中预热温度的检测采用工业在线式红外测温仪2 进行实时在线监测。
[0018]可选的，所述步骤300和步骤700中电磁感应加热装置20和工业测温仪 2存在反馈控制关系，由工业测温仪来智能反馈控制电磁感应加热功率和时间，实现精准升温和控温。
[0019]可选的，所述步骤400中激光熔覆头12采用机器人手臂4进行自动控制，可以进行不同方向和角度的激光熔覆，熔覆参数范围为激光功率为 1200～1600W，光斑直径为1～4mm，扫描速度为300～14000mm/min，搭接率为40～60％。
[0020]可选的，所述步骤600中超声冲击设备1参数通常设置为电流强度 1.6～2A，振幅范围1mm～2mm，振动频率20KHz，冲击枪移动速率 0.5mm/s，单层冲击次数1～2次。
[0021]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术采用可提高激光熔覆效率的高频感应加热与可调控显微组织及消除裂纹与孔隙的超声冲击相结合的方法，采用智能化的机器人自动控制，制备高性能无缺陷激光金属熔覆材料。克服了在激光熔覆技术下，存在着由于温度梯度大，熔池冷却速率高而导致的显微组织不均与及性能降低、以及气孔、夹渣、裂纹等缺陷。通过在高温下的超声冲击对晶粒破碎的作用对下一层激光熔池的凝固形核提供大量异质形核点，使得在高效快速激光熔覆过程中获得晶粒分布均匀且细小、显微组织细化与均化、无裂纹孔隙缺陷的高性能熔覆层。本专利技术中由于高频感应加热介入，使得激光熔池存在的时间延长，可有效提高超声冲击对熔覆层改性效果，并且降低冷却速率，消除裂纹等缺陷，同时也可节约相应的能源，是一种节能环保的方法。本专利技术是一种智能自动化控制的高效、优质、通用的促进激光熔覆技术在工业化中大面积应用的方法。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]图1为本专利技术所述电磁加热超声冲击辅助激光熔覆增材制造的方法的装置示意图。
[0024]图2为采用电磁感应加热的高温超声冲击辅助激光熔覆增材方法得到的哈氏合金X熔覆堆块。
[0025]图3位采用电磁感应加热的高温超声冲击辅助激光熔覆增材方法得到的不锈钢熔覆堆块。
[0026]附图标记：1
‑
超声冲击装置2
‑
数字显示控制仪表3
‑
工业光纤激光器4
‑ꢀ
工业激光扫描仪5
‑
工业在线式红外测温仪6
‑
超声冲击枪头7
‑
机器人手臂 8
‑
冲针9
‑
夹板10
‑
基材11
‑
夹具12
‑
激光熔覆头13
‑
送粉器14
‑
聚焦透镜15
‑ꢀ
激光束16
‑
金属粉17
‑
熔覆层18
‑
感应加热线圈19
‑
工作台20
‑
感应加热装置。
具体实施方式
[0027]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0028]本专利技术的目的是提供一种能够提高激光熔覆效率的高频感应加热与可调控显微组织及消除裂纹与孔隙的超声冲击相结合的方法。
[0029]为使本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合能场辅助激光熔覆增材方法，其特征在于，所述增材方法包括：步骤100：将经打磨、清洗和吹干后的基材10安装固定在夹具8上；步骤200：将配比好的金属粉末放入高温干燥后放入送粉器12；步骤300：设置电磁感应加热装置参数，自动调节感应加热电源19，使高频感应加热线圈17对基材10进行预热，使基材10表面温度保持在150～300℃；步骤400：待试样表面温度达到预定温度后，自动开启激光熔覆装置3实现对基材10的单层激光熔覆；步骤500：采用电磁感应加热装置对所述待试样加热到设定的温度；步骤600：关闭激光器，设置冲击参数后，智能开启超声冲击装置1和激光扫描设备4对熔覆表面激光扫描反馈控制的超声冲击处理；步骤700：待超声冲击结束后自动超声冲击装置1，同时智能开启高频感应加热装置20对熔覆层17进行预设的缓冷处理程序；步骤800：缓冷到一定温度后，自动重新开启激光熔覆装置3，在上一层熔覆层17上继续进行激光熔覆增材。2.根据权利要求1所述的一种复合能场辅助激光熔覆增材方法，其特征在于，所述步骤100：将经打磨、清洗和吹干后的基材10安装固定在夹具8上中的基材10通过螺丝11、压片9在工作台19进行夹紧定位。3.根据权利要求1所述的一种复合...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵雷，王逊，徐连勇，韩永典，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：