本发明专利技术公开了一种电磁超声复合能场装置及其应用方法，该装置主要和定向能量沉积装置组合使用，使得对于定向能量沉积装置在增材制造过程中引入超声波振动和电磁搅拌，利用电磁场和超声波振动场的协调作用来实现破碎枝晶、细化组织、搅拌熔池、排除气体的作用，改善成形件的成形质量和力学性能。本发明专利技术在采用底部超声波振动基础上复合了环形强磁场，并且环形磁场区域可随着成形高度的升高而升高，能够准确地对熔池进行电磁搅拌作用，采用电磁超声复合能场辅助增材制造对于成形件组织和缺陷调控具有重要意义。具有重要意义。具有重要意义。
【技术实现步骤摘要】
一种电磁超声复合能场装置及其应用方法
[0001]本专利技术属于定向能量沉积
，具体涉及一种电磁超声复合能场装置及其应用方法。
技术介绍
[0002]定向能量沉积是指利用聚焦热能将材料同步熔化沉积的增材制造工艺，该工艺可按照热源分为激光、电子束、电弧、等离子束定向能量沉积工艺。定向能量沉积技术的主要优点是：打印尺度范围广、方便多材料打印、可以采用大功率激光器实现每小时公斤级的打印效率、非常适合于高性能成形与修复等；其主要不足是打印件的结构复杂性不够高、有较大的加工余量等。定向能量沉积工艺快速熔化凝固过程产生的常见缺陷，包括存在着气孔、裂纹、残余应力集中、变形等，影响着成形件的成形精度和力学性能，制约着定向能量沉积技术的工程应用。鉴于在金属凝固过程中施加外场能有效改善合金性能的成效，一些学者尝试将特种能场引入到金属增材制造过程中，通过施加超声波振动、电磁搅拌等手段减少熔覆层内部的冶金缺陷并对组织进行调控，是近几年发展起来辅助制备金属增材制造的新技术。
[0003]通过对相关报道进行研究后发现，大多数的研究者主要集中于单一的电磁搅拌或超声振动对激光熔覆组织性能的影响，少数研究者进行了复合能场的研究。例如大连理工大学申请号为201610570890.9的一种超声电磁复合场辅助激光近净成形Al2O3基共晶陶瓷刀具的方法，通过附加超声电磁复合场定向排列陶瓷晶粒，减小织构化过程阻力，实现Al2O3基共晶陶瓷刀具的高度均匀织构化结构。这两种复合能场是采用底部超声波振动加两侧固定电磁场进行辅助成形，电磁场对熔覆层作用范围有限，并且只有成形方向垂直于电磁场时才有电磁搅拌效果。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种电磁超声复合能场装置及其应用方法，以解决现有技术中有成形方向垂直于电磁场时，电磁场才能作用于增材制造过程的问题。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0006]一种电磁超声复合能场装置，包括支撑架，所述支撑架的中心处设置有超声波振动装置，超声波振动装置上设置有成形基板，成形基板在支撑架的上方；
[0007]所述支撑架的上部设置外侧的环形伸缩架，外侧的环形伸缩架中设置有同轴线内侧的环形伸缩架，内侧的环形伸缩架和外侧的环形伸缩架之间设置有环形支撑柱，环形支撑柱设置在支撑架的上部；内侧的环形伸缩架和外侧的环形伸缩架上共同架装有环形软磁铁壳；
[0008]环形支撑柱上架装有环形软磁铁板，环形软磁铁板在环形伸缩架的上方，环形软磁铁板上设置有电磁短线圈，电磁短线圈和环形软磁铁板均在环形软磁铁壳的内部；环形
软磁铁板、电磁短线圈和环形软磁铁壳均围绕成形基板设置；
[0009]环形软磁铁壳的内侧壁上开设有环形间隙，所述环形间隙围绕成形基板上的增材制造成形区域。
[0010]本专利技术的进一步改进在于：
[0011]优选的，所述支撑架包括上层板和下层板，上层板和下层板之间设置有若干根立方支撑柱；
[0012]所述超声波振动装置设置在下层板上，超声波振动装置的上部分穿过上层板的中心部分。
[0013]优选的，所述环形软磁铁壳的内侧壳体设置在内侧的环形伸缩架上，所述环形软磁铁壳的外侧壳体设置在外侧的环形伸缩架上。
[0014]优选的，所述支撑架的内部设置有供气装置，供气装置通过气路管道和环形伸缩架连接。
[0015]优选的，供气装置通过不同的气路管道分别连接内侧的环形伸缩架和外侧的环形伸缩架。
[0016]优选的，所述支撑架的内部设置有电磁场电源，电磁场电源通过电源导线和电磁短线圈连接。
[0017]优选的，所述超声波振动装置包括变幅器，变幅器设置在支撑架中，变幅器的上部设置有变幅杆，变幅杆的上部设置有振动头，成形基板设置在振动头上；变幅器通过连接线连接有超声波振动控制器。
[0018]优选的，所述环形间隙的上端和下端均设置有极靴。
[0019]优选的，从电磁短线圈至成形基板的方向，极靴的厚度减小。
[0020]一种上述的电磁超声复合能场装置的应用方法，所述电磁超声复合能场装置和定量沉积增材制造装置组合使用，所述定量沉积增材制造装置的打印头在成形基板上进行增材制造成形，同时超声波振动装置振动成形基板，电磁短线圈形成磁场，形成的磁场通过环形间隙作用于增材制造成形区域。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0022]本专利技术公开了一种电磁超声复合能场装置，该装置包括电弧增材制造装置和电磁超声复合能场装置。电磁超声复合能场装置包括支撑架、超声波振动装置、气浮运动装置和环形电磁场装置。在电弧增材制造过程中引入超声波振动和电磁搅拌，超声波振动场作用在成形基板上，本专利技术在采用底部超声波振动基础上复合了环形局部电磁场，基板周围环形电磁场外部包裹软磁铁壳，壳体内部存在一个较窄的环形间隙，即存在一环形磁场区域，软磁铁壳下部连接气浮运动装置，使得软磁铁壳能够进行上下运动，即环形磁场区域可随着成形高度的升高而升高，电磁力通过电磁场的形式准确的作用于金属材料内部，该结构在外部包裹软磁铁壳约束了磁场范围，确保在增材制造过程其他部位不受磁场的影响；并且环形磁场区域可随着成形高度的升高而升高，能够准确地对熔池进行电磁搅拌作用，利用电磁场和超声波振动场的协调作用来实现破碎枝晶、细化组织、搅拌熔池、排除气体的作用，改善成形件的成形质量和力学性能，采用电磁超声复合能场辅助电弧增材制造对于成形件组织和缺陷调控具有重要意义。
[0023]在进行增材制造过程中，块状固定磁场装置产生的磁场分布固定，只有垂直于磁
场方向进行成形时，才会熔池区域产生电磁搅拌效果；而环形磁场装置产生的是径向对称磁场，磁力线分布相对规则，便于控制，因此增材制造过程中，沿着任意方向进行成形时，都会对熔池区域产生电磁搅拌效果，该磁场用途更加广泛。
[0024]进一步的，支撑架上设置有上层板和下层板，上层用于支撑打印装置，下层用于装载各类控制装置，使得这个结构更为紧凑。
[0025]进一步的，两个环形伸缩架分别用于支撑内侧壳体和外侧壳体，同时两个环形伸缩架能够由供气装置分别提供动力，使得两个气浮架能够单独或者同时升降，当同时升降时，环形间隙的高度调整，当内部的气浮架调整时，使得环形间隙的宽度能够进行调整。
[0026]进一步的，电磁场电源设置在支撑架中，使得整个装置结构更为紧凑。
[0027]进一步的，环形间隙上安装有极靴，进一步控制磁力线分布，强化了磁路，使得该区域具有强烈的汇聚能力，提高对熔池区域的电磁搅拌效果。
[0028]进一步的，极靴的厚度逐渐减小，使得环形间隙的宽度逐渐减小，磁场更为聚集。
[0029]本专利技术还公开了一种电磁超声复合能场装置的应用方法，该方法主要和定量沉积增材制造装置组合使用，使得对于定量沉积增材制造装置在增材制造过程中引入超声波振动和电磁搅拌，利用电磁场和超声波振动场的协调作用来实现破碎枝晶、细化组织、搅拌本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种电磁超声复合能场装置，其特征在于，包括支撑架(6)，所述支撑架(6)的中心处设置有超声波振动装置，超声波振动装置上设置有成形基板(9)，成形基板(9)在支撑架(6)的上方；所述支撑架(6)的上部设置外侧的环形伸缩架(5)，外侧的环形伸缩架(5)中设置有同轴线内侧的环形伸缩架(5)，内侧的环形伸缩架(5)和外侧的环形伸缩架(5)之间设置有环形支撑柱(22)，环形支撑柱(22)设置在支撑架(6)的上部；内侧的环形伸缩架(5)和外侧的环形伸缩架(5)上共同架装有环形软磁铁壳(2)；环形支撑柱(22)上架装有环形软磁铁板(3)，环形软磁铁板(3)在环形伸缩架(5)的上方，环形软磁铁板(3)上设置有电磁短线圈(1)，电磁短线圈(1)和环形软磁铁板(3)均在环形软磁铁壳(2)的内部；环形软磁铁板(3)、电磁短线圈(1)和环形软磁铁壳(2)均围绕成形基板(9)设置；环形软磁铁壳(2)的内侧壁上开设有环形间隙(27)，所述环形间隙(27)围绕成形基板(9)上的增材制造成形区域。2.根据权利要求1所述的一种电磁超声复合能场装置，其特征在于，所述支撑架(6)包括上层板(23)和下层板(25)，上层板(23)和下层板(25)之间设置有若干根立方支撑柱(24)；所述超声波振动装置设置在下层板(25)上，超声波振动装置的上部分穿过上层板(23)的中心部分。3.根据权利要求1所述的一种电磁超声复合能场装置，其特征在于，所述环形软磁铁壳(2)的内侧壳体(201)设置在内侧的环形伸缩架(5)上，所述环形软磁铁壳(2)的外侧壳体(202)设置在外侧的环形伸缩架(5)上。4.根据权利要求1所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨海欧，杨文哲，马晓蕾，黄琳皓，林鑫，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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