[发明专利]一种超声振动多维影响激光熔覆设备及方法

说明书

本发明涉及激光熔覆设备技术领域，尤其涉及一种超声振动多维影响激光熔覆设备及方法。包括机架以及安装在机架上的机械手部件、熔覆卡盘部件、耦合超声系统部件以及转台系统部件，还包括控制柜；机械手部件设有熔覆头，熔覆头能做多维运动，所述耦合超声系统部件一端与转台系统部件相连，另一端与熔覆卡盘部件相连，熔覆卡盘部件设有熔覆件，耦合超声系统部件带动熔覆件做超声复合振动，转台系统部件带动熔覆件旋转；控制柜电气相连并控制机械手部件、耦合超声系统部件以及转台系统部件。可以对熔覆道加载任意方向超声振动影响，这种影响多维且可变功率，振幅可控，进而建立高效、自动化的多维超声辅助激光熔覆平台。

技术领域

本发明涉及激光熔覆设备技术领域，尤其涉及一种超声振动多维影响激光熔覆设备及方法。

背景技术

随着现代工业的发展，对机械产品表面性能要求越来越高，要求能在高速、高温、高压、重载以及腐蚀工况下可靠持续工作，这对制造技术提出了挑战。一般金属材料在经过表面处理后，可以代替贵重金属，甚至因表面性能的改善，可延长机械产品使用寿命，提高生产力。激光熔覆作为一种新的加工技术，可以很好地满足上述要求，近年来受到广泛的关注与研究，并得到了一定的应用。但是具体的工艺实施过程中，熔覆层内部不可避免会产生微观裂纹，这种微观裂纹的存在对于工件的使役寿命产生重大影响，因此对熔覆过程施加影响，通过定量化细化晶粒组织减少微观裂纹成为激光熔覆领域的瓶颈难题。

通常人耳能听到的声波频率为16kHz～20kHz范围，频率超过20kHz的声波为超声波。超声波具有频率高、波长短、能量高、功率大、传播过程更易发生反射、折射、散射、共振、衰减等现象。超声振动是以超声波发生器产生的超声波为动力作用于振子系统，促使振子产生高频微振动，在振子振动同时，超声波发生器的高频电信号通过换能器输出为相同频率的机械振动，经过变幅杆将振幅放大后，超声波通过振子底部端面传递到作用物体表面，起到超声振动作用。超声振动技术凭借其超高频、微振动、安全、无污染等特点被广泛应用到诸多领域。实践表明：采用超声辅助的方式对激光熔覆过程施加影响，超声波的空化效应、机械效应和热效应将有效促使熔覆层应力场均匀化，进而细化晶粒组织，可以从根源上抑制裂纹的产生。与普通熔覆相比，超声辅助激光熔覆温度梯度为零的范围更大，温度场分布更为均匀，有效减小了成品的残余应力。

但目前利用超声振动影响激光熔覆的设备还不够完善，主要表现在：设备系统性差，超声功率不够稳定，振幅不稳定，振动施加方式过于单一(只停留在垂直向或水平向的单一方向影响)、振动影响方向不稳定，所以导致超声振动对激光熔覆的影响效果不能定量化，工艺实施过程也不尽如人意。

目前利用超声辅助激光熔覆的设备并没有考虑振动的多维加载，该领域尚属空白。CN 106350817 A公开了一种超声振动辅助激光熔覆制备无裂纹熔覆层的方法和装置，其超声辅助振动方向仅为单向振动，且其设计结构会导致激光熔覆头受到超声振动的干扰，不仅影响熔覆精度，甚至会损坏熔覆头。CN 106917086 A公开了一种超声振动辅助激光熔覆的方法和装置，其利用水平引入的超声振动这一外加的能场来改善激光熔覆层的组织和性能，采用冷却水槽中通入冷却水来降低激光熔覆过程中传递给换能器的热量，进而提高激光熔覆加工的生产效率。但其同样只考虑了单一方向上的超声加载，导致超声辅助效果得不到有效的发挥，且设计结构较为复杂，占地面积大。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种超声振动多维影响激光熔覆设备及方法。可以对熔覆道加载任意方向超声振动影响，这种影响多维且可变功率，振幅可控，进而建立高效、自动化的多维超声辅助激光熔覆平台。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：