[实用新型]超声振动辅助激光熔覆制备无裂纹熔覆层装置

说明书

本实用新型涉及激光材料加工技术领域，是一种超声振动辅助激光熔覆制备无裂纹熔覆层装置，其包括激光发生器、激光头、超声波变幅杆、超声波换能器、超声波发生器、载物台、固定板和能够驱动实现不同平面内上下、左右、前后和角度调整的驱动机，载物台和固定板均呈水平方向布置并且二者呈上下间隔分布，载物台和固定板通过连接杆固定安装在一起，载物台和固定板之间由上至下依次设有超声波变幅杆和超声波换能器，超声波变幅杆上部顶在载物台下部，超声波变幅杆下部与超声波换能器上部固定安装在一起；载物台上方设有激光头。其依靠超声波特有的空化效应、机械效应和加速熔覆层晶粒的流动有效解决了曲面零件熔覆层裂纹多的问题。

技术领域

本实用新型涉及激光材料加工技术领域，是一种超声振动辅助激光熔覆制备无裂纹熔覆层装置。

背景技术

激光熔覆技术是随着制造业智能化的发展而兴起的一种新的表面加工方法,激光熔覆的基本原理是将合金/陶瓷粉末，以激光作为热源将合金粉末迅速熔化置于被熔覆基体表面,在基体表面形成具有良好性能的涂层,从而实现了待加工修复工件表面的强化。

激光熔覆是一个复杂加工方法，涉及到物理、化学和冶金等过程,其中熔覆层裂纹缺陷是激光熔覆加工的主要缺陷。激光熔覆层裂纹的产生主要原因是是力学因素和冶金因素，激光熔覆加工的快速加热和冷却使得熔覆层和基体之间的温度梯度较大且热量来不及传递,在熔覆层随后的凝固过程中，熔覆层中的固液结合面未有足够的液体来补充，这样就使得温度梯度差以及熔覆材料与基体材料的热膨胀系数差异造成熔覆层与基材体积收缩不一致,这样就在熔覆层中形成残余拉应力,熔覆层在凝固过程中产生的内部应力，是熔覆层裂纹产生的主要原因。从熔覆层力学性能角度出发控制防止裂纹，能够有效防止熔覆层裂纹的产生,特别是对于熔覆层在冷却阶段产生的裂纹，近年来,这方面的研究工作很多,主要有控制熔覆层吸收激光的能量密度、预热集体减小温度梯度等方法。这些方法的应用在一定程度上解决了裂纹的产生，但是不能从根本上解决裂纹的产生，这些不足之处限制了激光熔覆技术的大力推广和应用。而曲面零件采用激光熔覆技术加工，遇到的熔覆层裂纹相较于平面熔覆层具有更多的影响因素，其中曲面的曲率会影响到熔覆层凝固的过程，使得熔覆层凝固的环境更加多变，这也就导致了曲面零件的熔覆层裂纹更多且难以控制。

发明内容

本实用新型提供了一种超声振动辅助激光熔覆制备无裂纹熔覆层装置，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决曲面零件熔覆层裂纹多的问题。

本实用新型的技术方案是通过以下措施来实现的：一种超声振动辅助激光熔覆制备无裂纹熔覆层装置，包括激光发生器、激光头、超声波变幅杆、超声波换能器、超声波发生器、载物台、固定板和能够驱动实现不同平面内上下、左右、前后和角度调整的驱动机，载物台和固定板均呈水平方向布置并且二者呈上下间隔分布，载物台和固定板通过连接杆固定安装在一起，载物台和固定板之间由上至下依次设有超声波变幅杆和超声波换能器，超声波变幅杆上部顶在载物台下部，超声波变幅杆下部与超声波换能器上部固定安装在一起，超声波换能器下部座于固定板上部；载物台上方设有激光头，激光头通过光纤与激光发生器连接在一起，激光发生器位于载物台外侧；载物台外侧设有驱动机，驱动机的作业端与激光头固定安装在一起，载物台外侧设有超声波发生器，超声波发生器与超声波换能器电连接在一起。

下面是对上述实用新型技术方案的进一步优化或/和改进：

上述驱动机可为包括主体、驱动系统和控制系统的六轴工业机器人，主体的末端操作端与激光头上部固定安装在一起。

上述固定板下部外侧可设有开口向上的冷却槽，固定板可座于冷却槽内。

上述固定板左部和右部均沿前后方向设有两个连接杆，每个连接杆的上部均与载物台固定安装在一起，每个连接杆的下部均与固定板固定连接在一起；连接杆为螺杆或上部设有螺纹段的光杆。

上述超声波换能器上部与超声波变幅杆下部之间、超声波变幅杆上部与载物台之间均可设有耦合剂层。