[发明专利]一种减少激光熔覆成型零部件气孔缺陷的方法

摘要

本发明属于增材制造技术领域，涉及一种减少激光熔覆成型零部件气孔缺陷的方法。激光器用于为激光熔覆过程提供能量来源，同时激光器还配有工业机器人辅助用于激光束的自由移动；同轴送粉器用于为激光熔覆过程提供稳定的材料输入，同轴送粉器搭载于激光器上；稳恒磁场发生器用于输出强度可调的定向均匀磁场，在搭载过程中，熔覆基体置于稳恒磁场发生器的居中位置；直流电源用于为基体材料输出电流值可调的直流电源，直流电源的正负极与熔覆基体相连通。本发明的方法可以在熔池内施加均匀的作用力，加大气体的上浮力，减小气孔等孔隙性缺陷。加快熔池凝固过程中的补缩速度，提高激光熔覆成型零部件的致密性。实验方案简单高效。

主权项

1.一种减少激光熔覆成型零部件气孔缺陷的方法，其特征在于，该方法所用的系统，包括激光器(1)、同轴送粉器(2)、稳恒磁场发生器(3)、直流电源(4)和熔覆基体(5)；激光器(1)用于为激光熔覆过程提供能量来源，同时激光器(2)还配有工业机器人辅助用于激光束的自由移动；同轴送粉器(2)用于为激光熔覆过程提供稳定的材料输入，同轴送粉器(2)搭载于激光器(1)上；稳恒磁场发生器(3)用于输出强度可调的定向均匀磁场，在搭载过程中，熔覆基体(5)置于稳恒磁场发生器(3)的居中位置；直流电源(4)用于为基体材料输出电流值可调的直流电源，直流电源(4)的正负极与熔覆基体(5)相连通；激光器(1)在熔覆基体(5)上进行熔覆动作的同时，同轴送粉器(2)为熔覆过程同步输送熔覆粉末；具体步骤如下：1)按照常规的清洗方法清洗熔覆基体(5)：将熔覆基体(5)浸没在丙酮溶液中，在30‑40℃温度下，用超声波清洗机清洗20‑25分钟，去除熔覆基体(5)表面污垢；清洗完成后，吹干熔覆基体(5)表面残留的丙酮溶液；2)将熔覆基体(5)置于稳恒磁场发生器(3)内，并用夹具进行固定，使其处在均匀分布的定向磁场环境中；3)将熔覆基体(5)与直流电源(4)的正负极相连通，在激光熔覆过程中，熔池(6)内所受电磁力的方向竖直向下，此时由左手定则判断熔覆基体(5)与直流电源(4)正负极的接通方向；4)根据熔覆材料的特性及熔覆基体(5)的尺寸，调整稳恒磁场发生器(3)输出的磁场强度B，调整结束后用高斯计确认磁场强度；5)调整直流电源(4)的输出电流值I：电磁力与重力均为体积力，用熔池(6)内电磁力F_安与重力G的比值K，衡量所选用的电磁力大小；K的计算方法如下：由此得：I＝K ρg(S_熔+S_零+S_基)/B在上述公式中，F_安为熔池所受电磁力，G为熔池所受重力，B为磁场强度，I_熔为熔池内通过的直流电流，L_熔为熔池长度，I为直流电源所输出的电流，S_熔为熔池截面积，ρ为基材密度，g为重力加速度，S_零为已熔覆成型的零部件截面积，S_基为基体截面积；在零部件的熔覆成型过程中，根据S_零的变化逐渐调整I值；6)设置激光器(1)与同轴送粉器(2)的熔覆参数，在激光熔覆过程中，相较于常规的激光熔覆过程，熔池(6)在竖直方向上所受的体积力，除了常规重力G外，还增加了电磁力F_安的作用；此时，熔池(6)内气体的上浮力F_浮为：F_浮＝ρV_气g+KρV_气g＝(1+K)ρV_气g其中，V_气为熔池内气体的体积；未施加电磁力时，熔池(6)内气体的上浮力仅为ρV_气g；施加电磁力后，熔池(6)内的气体具有更大的上浮力；施加电磁力后，气体的上浮速度v₂大于未施加电磁力时气体的上浮速度v₁，使得在电磁力作用下，激光熔覆成型零部件内具有更少的气孔缺陷；7)激光熔覆过程结束后，分别关闭激光器(1)，稳恒磁场发生器(3)与直流电源(4)，获取激光熔覆成型零部件。