本发明专利技术提供一种超声及电磁复合场协同控制的激光熔覆系统及方法，涉及一种激光熔覆装置，包括工作台、磁场发生装置、电场电源、超声振动源、送丝头和激光发射器；所述磁场发生装置用于对设于工作台上的多孔金属材料基底施加磁场A；所述电场电源用于对设于工作台上的多孔金属材料基底提供直流电A；所述超声振动源用于为金属丝材施加高频振动；所述激光发射器用于在多孔金属材料基底表面形成熔池；所述送丝头用于将高频振动的金属丝材送入熔池；所述激光发射器与第一多向驱动装置连接；所述送丝头和超声振动源构成的整体与第二多向驱动装置连接；本发明专利技术可对熔池精准施加高频振动，便于精确控制熔池内气泡分布。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种激光熔覆装置，具体涉及一种超声及电磁复合场协同控制的激光熔覆系统及方法。
技术介绍
1、在激光熔覆过程中，气孔是常见的缺陷。一般来说，孔隙度缺陷会提高局部应力水平，从而显著降低所得部件的疲劳寿命。然而，部分情况下，在熔覆层中均匀分布的气孔则对多孔金属是有利的。因多孔金属材料具有重量低、声音吸收率高以及电磁屏蔽性能好等特点，已在汽车、医疗和化工等工业进行了相关应用。因此，近年来，越来越多的研究者开始关注多孔金属的激光熔覆工艺。
2、常见的铜、铝合金激光熔覆层中的气孔主要是由氢引起的。这类金属的导热性好，凝固速度快，熔池中的气体很难逸出，因此较容易产生气孔。目前除了加入特定脱氧剂的方法外，国内外学者开始采用电-磁复合场对气孔流动进行控制，通过电-磁场产生的安培力对熔池中气泡的上浮速度进行控制，从而控制气泡的分布。然而，这种方法仅能控制气泡的上浮速度，无法对气泡状态进行控制。
3、为了解决上述问题，部分国内外学者针对超声能场在激光熔覆领域的作用也有研究。超声能场能够在金属熔池中产生声空化效应，从而对熔池中的气孔产生一定影响。尤其针对多孔材料，超声能场是一种有效控制气孔的手段。然而目前超声能场的辅助手段基本为直接对基底进行超声振动，通过这种方式对熔池整体输入超声，以达到对气孔分布的控制。
4、然而上述控制方式，存在控制精度低等缺陷，影响所得多孔材料内气孔分布的均匀性。
5、因此，亟需提供一种控制精度高的多孔金属材料内气泡控制装置，以解决上述技术问题。
>技术实现思路1、(一)解决的技术问题
2、针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种超声及电磁复合场协同控制的激光熔覆系统及方法，以解决现有技术中超声振动熔池内气泡分布存在控制精度低等技术问题。
3、(二)技术方案
4、为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：
5、本专利技术提供了一种超声及电磁复合场协同控制的激光熔覆系统，包括工作台、磁场发生装置、电场电源、超声振动源、送丝头和激光发射器；
6、所述工作台用于布设多孔金属材料基底；
7、所述磁场发生装置用于对设于工作台上的多孔金属材料基底施加磁场a；
8、所述电场电源用于对设于工作台上的多孔金属材料基底提供直流电a；
9、所述多孔金属材料基底被施加直流电a时，磁场a的方向与直流电a的方向垂直；
10、所述超声振动源用于为金属丝材施加高频振动；
11、所述激光发射器用于在多孔金属材料基底表面形成熔池；
12、所述送丝头用于将高频振动的金属丝材送入熔池；
13、所述激光发射器与第一多向驱动装置连接；
14、所述送丝头和超声振动源构成的整体与第二多向驱动装置连接。
15、进一步，所述磁场发生装置包括两个工作磁极；
16、两个所述工作磁极分别设于所述工作台的两侧，并与所述工作台互不接触；
17、两个所述工作磁极相邻端的磁极相反。
18、进一步，所述激光发射器的功率为1000w，扫描速度为5mm/s；
19、所述超声振动源的超声频率为20khz，振幅为5μm；
20、所述直流电a为0～90a；
21、所述送丝头送丝速度为3mm/s。
22、进一步，所述多孔金属材料基底的材质为aisi 316l；所述金属丝材包括92％aisi316l与8％tih2。
23、本专利技术的第二方面，还提供一种利用上述的一种超声及电磁复合场协同控制的激光熔覆系统进行多孔熔覆层制备的方法，包括：
24、将金属丝材安装在送丝头和超声振动源构成的整体上；
25、将多孔金属材料基底安装在工作台上，并与电场电源连接；
26、开启激光发射器，使其在多孔金属材料基底上产生光斑，并形成熔池；
27、同步开启超声振动源、送丝头、磁场发生装置和电磁电源；其中，送丝头不断将被施加了高频振动的金属丝材送入熔池内；
28、控制第一驱动装置和第二驱动装置，使送丝头和超声振动源构成的整体a与激光发射器保持同步运动；
29、整体a与激光发射器同步运动过程中，调整磁场a和/或电流a，以控制熔池内气泡的上浮速度vf；
30、其中，η为熔池内液体的粘度，r为熔池内气泡的半径，ρg为熔池内气泡中气体的密度，ρ为熔池内液体密度；
31、k为熔池所受安培力与熔池所受重力的比值，且b为磁场a的强度，i为电流a的大小，ss为多孔金属材料基底纵截面的面积。
32、(三)有益效果
33、本专利技术提供的一种超声及电磁复合场协同控制的激光熔覆系统及方法，与现有技术相比，具备以下有益效果：
34、通过设置超声振动源，使其对金属丝材产生高频振动，使得输入熔池的金属丝材可对熔池施加高频振动，从而可借助超声空化效应对熔池内的气泡进行辅助控制；
35、相比于对多孔金属材料基底施加超声振动，本申请通过金属丝材直接对熔池施加高频振动，有助于提高控制精度。
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【技术保护点】
1.一种超声及电磁复合场协同控制的激光熔覆系统，其特征在于，包括工作台、磁场发生装置、电场电源、超声振动源、送丝头和激光发射器；
2.根据权利要求1所述的一种超声及电磁复合场协同控制的激光熔覆系统，其特征在于，所述磁场发生装置包括两个工作磁极；
3.根据权利要求1所述的一种超声及电磁复合场协同控制的激光熔覆系统，其特征在于，所述激光发射器的功率为1000W，扫描速度为5mm/s；
4.根据权利要求1所述的一种超声及电磁复合场协同控制的激光熔覆系统，其特征在于，所述多孔金属材料基底的材质为AISI 316L；所述金属丝材包括92％AISI 316L与8％TiH2。
5.一种利用权利要求1-4任一所述的一种超声及电磁复合场协同控制的激光熔覆系统进行多孔熔覆层制备的方法，其特征在于，该方法包括：
【技术特征摘要】
1.一种超声及电磁复合场协同控制的激光熔覆系统，其特征在于，包括工作台、磁场发生装置、电场电源、超声振动源、送丝头和激光发射器；
2.根据权利要求1所述的一种超声及电磁复合场协同控制的激光熔覆系统，其特征在于，所述磁场发生装置包括两个工作磁极；
3.根据权利要求1所述的一种超声及电磁复合场协同控制的激光熔覆系统，其特征在于，所述激光发射器的功率为1...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈兴玉，钱雨涵，赵丹，唐梓珏，陈梁玉，吴一，陈桥，孙华，田越，王洪泽，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三十八研究所，
类型：发明
国别省市：
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