[发明专利]一种微轧制和超声波辅助的激光熔覆装置

说明书

本发明涉及一种微轧制和超声波辅助的激光熔覆装置，尤其是对熔覆层表面的强化。本装置包括工作台、固定挡块、工件、第一机械臂、同步送粉器、激光器、微辊、转动装置、变幅杆、第二机械臂、超声波发生器。在激光熔覆时辅助使用微轧制技术和超声波技术，该组合可以在最大程度上消除单纯的激光扫略时留下的不利影响。微轧制通过微辊将熔覆层在冷却时产生的枝状晶状体碾碎，细化了晶体组织，有效的抑制气孔的生成。超声波技术消除了熔覆层降温时产生的残余拉应力，有效的减少了裂纹的产生。将微轧制技术和超声波技术作用在激光熔覆层上，进一步提高了熔覆层的致密性、各向同性等性质。

技术领域

本发明属于表面工程技术领域，具体涉及一种微轧制和超声波辅助的激光熔覆装置。

背景技术

经济的发展与科技的进步，人们迫切需要更高性能、更高质量的设备，这就要求零件本身有较好的强度、刚度和稳定性，要求零件表面有较好的耐磨性、抗氧化性和抵抗冲击载荷的性能。常见的增加零件表面性能的制备方法有激光熔覆、感应熔覆、电镀等，而采用熔覆工艺具有涂层厚、易于形成冶金结合、涂层性能高等优点。但单一方法制备的熔覆层具有较多缺陷，故采用多种方法进行弥补个中缺陷是一种很好的思想。

激光熔覆是利用激光束高温熔化金属粉末和零件表面后形成熔覆层提升零件表面性能的技术。激光熔覆有加热速度快、热影响区域小、便于实现自动化等优点，广泛应用于航天、化工、机械等领域。但在激光熔覆过程中由于激光束的分布不均匀，在形成熔池的不同区域存在温差，熔覆层温度冷却速度较快易产生较大的残余应力，熔覆层内部形成各向异性的较大树枝状晶体，增大熔覆层了脆性。此外激光熔覆生成的熔覆层易产生裂纹和气泡等缺陷。

微轧制技术是利用微辊滚过熔覆层表面，对熔覆层施加物理压力的一种制备方法。通过材料的塑性变形来改善材料内部的各向异性，微辊通过正在冷却的熔覆层，将熔覆层内部产生的枝状晶状体压碎形成细小的十字形晶粒，细化了晶体组织，可减少气泡裂纹的产生。

但是微轧制技术属于物理变化，对其轧制时的力度要求较高，对零件表面的形状较苛刻，且对熔覆层内部残余应力的消除效果不明显。

超声波技术是利用超声波作用于零件表面时产生的一系列物理作用，可实现晶体组织的细化，消除上述熔覆层内形成的残余应力，减少裂纹的产生。目前大量的研究表明，采用超声振动复合激光熔覆的方法，只引入超声振动，虽然可以减少残余应力，减少气孔和裂纹缺陷，但熔覆层的致密度并没有提高；有研究采用微轧制工艺复合激光熔覆，虽然可以提高熔覆的致密度，但该工艺会给熔覆层增加新的残余应力。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，提供一种微轧制和超声波辅助的激光熔覆装置，它将激光熔覆、微轧制和超声波技术三者组合起来，既可以提供熔覆层的致密度，还可以减少残余应力，减少气孔和裂纹缺陷，从而优化单一激光熔覆工艺，提高激光熔覆层的综合性能。

本发明采用如下技术方案：本装置包括工作台、固定挡块、工件、第一机械臂、同步送粉器、激光器、微辊、转动装置、变幅杆、第二机械臂、超声波发生器。所述工作台固定在地上，所述工件通过所述固定挡块固定于工作台上；所述同步送粉器和所述激光器连接在第一机械臂上，同步送粉器和激光器可在第一机械臂带动下上下左右移动；所述转动装置可带动所述微辊和所述变幅杆上下左右移动和水平旋转，微辊与变幅杆固定同一平台上；所述转动装置与所述第二机械臂相连；所述变幅杆和所述超声波发生器相连。当同轴送粉器扫描之后，微辊在第二机械臂的带动下对熔覆层进行微轧，距离微辊一定距离的变幅杆也在该机械臂的带动下，对微轧后的熔覆层进行超声冲击。采用微轧技术，可使快速冷却时产生的较大枝状晶体转变为细小的十字形晶体，并可提高熔覆层的致密性。采用超声冲击，可将熔覆层冷却时因温度梯度产生的残余拉应力与微轧之后产生的压应力消除，减少裂纹的产生，进而提高零件表面的整体使用性能。

本发明提供一种微轧制和超声波辅助激光熔覆层的装置。其工作方法主要包括：

(1)将待熔覆工件清洗打磨，保证工件厚度均匀、表面无锈蚀。