一种激光-超高频感应复合沉积成形方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开的一种激光

【技术实现步骤摘要】
一种激光
‑
超高频感应复合沉积成形方法及装置


[0001]本专利技术涉及激光沉积成形
，尤其涉及一种激光
‑
超高频感应复合沉积成形方法及装置。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]镍合金具有较好的耐腐蚀、耐磨性能，激光沉积成形技术通过利用激光高能束，将高性能含铌镍合金粉末如镍合金熔化沉积至常规金属基体表面，形成高性能强化涂层，可有效提高金属基体表面耐磨、耐腐蚀等表面关键性能。但激光高能束作为一种能量高度集中的热源，会导致沉积过程呈现骤热急冷的热特性，这将造成强化涂层内残余应力较大，从而导致强化涂层开裂。在激光加热过程中，利用感应热源同步加热基体，可以有效降低熔池和金属基体间的温度梯度，从而降低强化涂层内部的残余应力，有益于抑制涂层的开裂。但现有激光
‑
感应复合沉积方法中，采用的感应热源功率在10kW以上，且感应加热电源频率在200kHz以下，这将造成以下消极影响：(1)由集肤效应可知感应加热电源频率较低可导致感应热源加热范围较大，造成基体热影响区大；(2)感应热源功率较高导致熔池过热，进而造成沉积成形的镍合金涂层内微观组织粗大；(3)感应热源功率较高导致熔池过热，涂层内铌元素偏析形成大量有害Laves相，这类Laves相的存在会导致涂层极易在该处产生初始裂纹，同时该区域的元素偏析也会降低其耐腐蚀性能，成为最先发生腐蚀破坏的区域，这将对强化涂层性能造成消极影响。
专利技术内容
[0004]本专利技术为了解决上述问题，提出了一种激光
‑
超高频感应复合沉积成形方法及装置，将超高频感应热源引入激光沉积过程中，解决现有激光
‑
感应复合沉积技术仅可优化含铌镍合金强化涂层内残余应力分布而无法同步优化微观组织、抑制元素偏析的技术缺点。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]第一方面，提出了一种激光
‑
超高频感应复合沉积成形方法，采用激光沉积设备和超高频感应加热器，包括：
[0007]将金属基体放置于激光沉积设备的移动平台上；
[0008]将超高频感应加热器的感应线圈放置于金属基体与激光沉积设备的激光沉积头之间，且感应线圈与激光沉积头同轴设置；
[0009]当在金属基体表面沉积强化涂层时，含铌镍合金粉末从激光沉积头喷出后穿过感应线圈到达金属基体表面；
[0010]向感应线圈内通交变电流，对金属基体表面沉积强化涂层位置处进行加热，并对熔池内液态金属进行电磁搅拌。
[0011]进一步的，移动平台带动金属基体移动，金属基体移动速度6
‑
20mm/s，激光沉积头
的送粉率4
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10g/min。
[0012]进一步的，感应线圈与金属基体表面间垂直距离为3
‑
5mm。
[0013]进一步的，感应线圈通电的电流频率为750
‑
1150kHz，超高频感应加热器的加热功率为1
‑
4.5kW。
[0014]进一步的，感应线圈绕制内径为8
‑
12mm。
[0015]第二方面，提出了一种激光
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超高频感应复合沉积装置，包括：激光沉积设备和超高频感应加热器；激光沉积设备包括送粉器、激光沉积头和移动平台；超高频感应加热器包括感应线圈；
[0016]激光沉积头位于移动平台上方，感应线圈位于激光沉积头与移动平台之间，且感应线圈与激光沉积头同轴布置，送粉器与激光沉积头连通，激光沉积头能够将送粉器中的含铌镍合金粉末沉积在放置于移动平台上的金属基体上。
[0017]进一步的，激光沉积头的激光功率为800
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1600W。
[0018]进一步的，激光沉积头通过激光沉积头固定装置与机械臂连接，感应线圈与高度调节装置的活动端连接，高度调节装置的固定端与激光沉积头固定装置连接。
[0019]进一步的，感应线圈与感应电源连接，激光器与激光器电源连接。
[0020]进一步的，感应电源、激光器电源与控制器连接。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0022]1、本专利技术将超高频感应热源引入激光沉积过程中，形成一种激光
‑
超高频感应复合沉积方法，该方法利用超高频感应热源加热范围可精确控制、产生超高频交变磁场促进熔池流动的优势，调控沉积过程熔池和基体间温度梯度以降低强化涂层内部残余应力，同时利用超高频交变磁场促进熔池流动以细化强化涂层内部的微观组织，抑制铌元素偏析为大量有害Laves相，克服原有激光
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感应复合沉积方法中感应热源加热范围过大、加热温度过高造成的微观组织劣化问题，有利于提高成形含铌镍合金强化涂层的性能。
[0023]2、本专利技术通过在金属基体与激光沉积头之间设置感应线圈，且感应线圈与激光沉积头同轴设置，能够在向金属基体表面沉积强化涂层时，向感应线圈内通入交变电流，在金属基体表面薄层内形成感应涡流，通过涡流的加热作用，基体表面温度增高，缩小金属基体与熔池间的温度梯度，降低涂层内部残余应力；同时感应线圈附近还产生超高频交变磁场，在熔池内形成电磁力，对熔池内液态金属产生电磁搅拌作用，加速熔池液态金属的流动，使已凝固形成的枝晶臂破碎，细化微观组织，熔池内液态金属流动加速也促进元素的均匀分布，抑制铌元素偏析形成Laves相，随着金属基体的移动，在金属基体表面形成高性能强化涂层。
[0024]3、本专利技术将激光沉积头通过激光沉积头固定装置与机械臂连接，通过机械臂实现了对激光沉积头的位置调节，从而能适应不同尺寸的金属基体，提高适应性；将感应线圈与高度调节装置的活动端连接，高度调节装置的固定端与激光沉积头固定装置连接，保证了感应线圈能够始终处于激光沉积头与金属基体之间，且与激光沉积头同轴设置，并能保证感应线圈与金属基体间的距离要求，从而能够有效保证向金属基体表面沉积强化涂层的性能。
[0025]本专利技术附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0026]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
[0027]图1为实施例公开装置的结构图；
[0028]图2为采用实施例1公开方法成形的含铌镍合金涂层微观组织图；
[0029]图3为采用传统的激光
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感应复合沉积方法成形的含铌镍合金涂层微观组织图。
[0030]其中：1、控制器，2、激光器电源，3、感应电源，4、送粉器，5、保护气，6、高度调节装置，8、移动平台，9、金属基体，10、强化涂层，11、机械臂，12、激光沉积头固定装置，13、激光沉积头，7.1、感应加热器主体，7.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光
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超高频感应复合沉积成形方法，采用激光沉积设备和超高频感应加热器，其特征在于，包括：将金属基体放置于激光沉积设备的移动平台上；将超高频感应加热器的感应线圈放置于金属基体与激光沉积设备的激光沉积头之间，且感应线圈与激光沉积头同轴设置；当在金属基体表面沉积强化涂层时，含铌镍合金粉末从激光沉积头喷出后穿过感应线圈到达金属基体表面；向感应线圈内通交变电流，对金属基体表面沉积强化涂层位置处进行加热，并对熔池内液态金属进行电磁搅拌。2.如权利要求1所述的一种激光
‑
超高频感应复合沉积成形方法，其特征在于，移动平台带动金属基体移动，金属基体移动速度6
‑
20mm/s，激光沉积头的送粉率4
‑
10g/min。3.如权利要求1所述的一种激光
‑
超高频感应复合沉积成形方法，其特征在于，感应线圈与金属基体表面间垂直距离为3
‑
5mm。4.如权利要求1所述的一种激光
‑
超高频感应复合沉积成形方法，其特征在于，感应线圈通电的电流频率为750
‑
1150kHz，超高频感应加热器的加热功率为1
‑
4.5kW。5.如权利要求1所述的一种激光
...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙瑞，乔宇航，刘国梁，杨勇，刘毅，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：