电磁复合超声振动辅助激光熔覆裂纹抑制装置

本实用新型涉及激光熔覆技术领域，是一种电磁复合超声振动辅助激光熔覆裂纹抑制装置。

背景技术：

近年来，随着科技水平的不断提高，激光熔覆技术迎来蓬勃发展的黄金阶段，激光熔覆技术是激光表面改性技术的一个分支，同时也属于增材制造，与其他的表面处理技术相比较，激光熔覆技术以其热源可控和快速凝固以及具有结合强度高和组织细化等特点，在航空航天、化工、模具、机械、钢铁等行业得到广泛的应用。

尽管激光熔覆技术改变了传统机械加工模式，避免了车、铣、磨等机械加工技术所带来的材料浪费现象，但是该加工技术所加工出来的产品在机械性能(表面质量与形状精度)等方面仍然达不到产品应用要求，在激光熔覆的快速凝固条件下，熔覆层会面临熔覆层内的气孔、裂纹、粗大柱状晶粒等缺陷以及由于激光熔覆过程中急热骤冷而产生的较大残余应力，降低了激光熔覆技术的熔覆质量。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种电磁复合超声振动辅助激光熔覆裂纹抑制装置，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有激光熔覆技术存在的熔覆层会面临熔覆层内的气孔、裂纹、粗大柱状晶粒等缺陷以及由于激光熔覆过程中急热骤冷而产生的较大残余应力的问题。

本实用新型的技术方案是通过以下措施来实现的：一种电磁复合超声振动辅助激光熔覆裂纹抑制装置，包括激光发生器、激光束管道、u形连接件、步进电机、励磁线圈、操作面板和激光头，激光头与激光发生器的激光输出端通过激光束管道固定连接在一起，激光束管道包括水平管道和竖直管道，水平管道的右端下侧与竖直管道的上端固定连通在一起，水平管道的左端与激光发生器的激光输出端固定连接在一起，水平管道的右端内侧固定连接有左高右低呈45°角分布的反射镜，竖直管道位于反射镜内侧中心位置的下方，竖直管道底端与激光头上端固定连接在一起，竖直管道中部外侧固定连接有开口朝下的u形连接件，激光头位于u形连接件的u形内侧，u形连接件的底部左右两侧均设有步进电机，步进电机与操作面板通过导线电连接在一起，步进电机输出轴下端均与励磁线圈外侧固定连接在一起，每个励磁线圈外侧均缠绕有导线，导线两端均与操作面板电连接在一起。

下面是对上述实用新型技术方案的进一步优化或/和改进：

上述两个励磁线圈同轴连接线的中心处可设有熔覆基体,熔覆基体可包括螺纹连接杆、固定板、载物台和固定安装在载物台上方的曲面零件，曲面零件位于激光头的正下方，载物台和固定板均呈水平方向布置且上下间隔分布，载物台和固定板通过至少两个沿周向均布的螺纹连接杆固定连接在一起，载物台和固定板之间设有超声波换能器，超声波换能器上部固定安装有超声波变幅杆，超声波变幅杆上部顶在载物台下部，超声波换能器下部座于固定板上部，超声波换能器与操作面板通过导线电连接在一起。

上述载物台上部可沿周向均布有至少两个上下贯通的上螺纹孔，对应上螺纹孔位置的固定板上沿周向均布有至少两个上下贯通的下螺纹孔，螺纹连接杆的上端依次穿过下螺纹孔和上螺纹孔后通过螺母固定。

上述还可包括壳体和圆柱销，u形连接件的底部左右两侧均固定连接有壳体，每个步进电机均固定安装在对应位置的壳体内侧，每个壳体底部中央均设有内外贯通的安装孔，对应安装孔位置的励磁线圈外侧固定连接有竖向设置且呈中空状的连接杆，步进电机的输出轴穿过安装孔后套装在连接杆的上部内侧，连接杆上部外侧设有第一径向连通孔，对应第一径向连通孔位置的步进电机输出轴上设有第二径向连通孔，步进电机输出轴与连接杆通过安装于第一径向连通孔和第二径向连通孔内的圆柱销可拆卸安装在一起。

上述还可包括固定架，u型连接件通过固定架固定在竖直管道上，固定架包括左右向开口的第一固定环和上下向开口的第二固定环，第一固定环外侧和第二固定环外侧固定连接在一起，u形连接件上部中央固定套装在第一固定环内侧，竖直管道的上部外侧固定套装在第二固定环内侧。

上述超声波换能器上部与超声波变幅杆下部之间可设有耦合剂层；超声波变幅杆上部与载物台之间可设有耦合剂层；曲面零件下部与载物台上部之间可设有耦合剂层。

本实用新型结构合理而紧凑，使用方便，通过设置超声波换能器和励磁线圈，对熔覆基体上熔池的组织形态进行调控，使得熔覆基体上熔池内侧晶粒均匀化，同时也加强熔覆基体上晶粒的流动性，减小熔覆基体内部的温度梯度，从晶粒的微观层面上改善了裂纹的产生，晶粒的流动也使得内侧的应力分布更加均匀，避免了现有激光熔覆技术存在的熔覆层会面临熔覆层内的气孔、裂纹、粗大柱状晶粒等缺陷以及由于激光熔覆过程中急热骤冷而产生的较大残余应力的问题，由此获得组织和性能优异的激光熔覆层，提高了激光熔覆技术的熔覆质量。

附图说明

附图1为本实用新型最佳实施例的结构示意图。

附图2为附图1中固定环的俯视结构示意图。

附图中的编码分别为：1为激光发生器，2为u形连接件，3为步进电机，4为励磁线圈，5为操作面板，6为超声波换能器，7为激光头，8为螺纹连接杆，9为固定板，10为水平管道，11为竖直管道，12为反射镜，13为载物台，14为曲面零件，15为超声波变幅杆，16为壳体，17为圆柱销，18为连接杆，19为第一固定环，20为第二固定环。

具体实施方式

本实用新型不受下述实施例的限制，可根据本实用新型的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

在本实用新型中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图1的布图方式来进行描述的，如：前、后、上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图1的布图方向来确定的。

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步描述：

如附图1所示，该电磁复合超声振动辅助激光熔覆裂纹抑制装置包括激光发生器1、激光束管道、u形连接件2、步进电机3、励磁线圈4、操作面板5和激光头7，激光头7与激光发生器1的激光输出端通过激光束管道固定连接在一起，激光束管道包括水平管道10和竖直管道11，水平管道10的右端下侧与竖直管道11的上端固定连通在一起，水平管道10的左端与激光发生器1的激光输出端固定连接在一起，水平管道10的右端内侧固定连接有左高右低呈45°角分布的反射镜12，竖直管道11位于反射镜12内侧中心位置的下方，竖直管道11底端与激光头7上端固定连接在一起，竖直管道11中部外侧固定连接有开口朝下的u形连接件2，激光头7位于u形连接件2的u形内侧，u形连接件2的底部左右两侧均设有步进电机3，步进电机3与操作面板5通过导线电连接在一起，步进电机3输出轴下端均与励磁线圈4外侧固定连接在一起，每个励磁线圈4外侧均缠绕有导线，导线两端均与操作面板5电连接在一起。

根据需要，激光发生器1为现有公知技术，可为yls-4000系列的光纤激光器，激光头7为与yls-4000系列的光纤激光器配套的激光头7；

工作时，通过操作面板5打开励磁线圈4导线对应的电源和步进电机3的电源，使励磁线圈4带电产生磁场，同时通过步进电机3转动带动励磁线圈4以水平方向为轴前后90度转动，产生交变磁场，然后通过打开激光发生器1，使激光发生器1发出的激光束通过水平管道10左侧的反射镜12反射至竖直管道11内，进而进入到激光头7内侧，进行熔覆加工。

可根据实际需要，对上述电磁复合超声振动辅助激光熔覆裂纹抑制装置作进一步优化或/和改进：

如附图1所示，两个励磁线圈4同轴连接线的中心处设有熔覆基体,熔覆基体包括螺纹连接杆8、固定板9、载物台13和固定安装在载物台13上方的曲面零件14，曲面零件14位于激光头7的正下方，载物台13和固定板9均呈水平方向布置且上下间隔分布，载物台13和固定板9通过至少两个沿周向均布的螺纹连接杆8固定连接在一起，载物台13和固定板9之间设有超声波换能器6，超声波换能器6上部固定安装有超声波变幅杆15，超声波变幅杆15上部顶在载物台13下部，超声波换能器6下部座于固定板9上部，超声波换能器6与操作面板5通过导线电连接在一起。

根据需要，超声波换能器6可为现有公知技术的超声波换能器6；曲面零件14可通过螺栓与载物台13固定连接在一起，便于曲面零件14的安装和拆卸，使用时，将激光熔覆所需粉末预先铺设在曲面零件14上，将铺设有粉末的曲面零件14放置在真空干燥箱里面烘干，便于激光熔覆工作的进行；通过操作面板5打开电源使超声波换能器6产生高频振动，带动超声波变幅杆15振动，超声波变幅杆15有效放大了超声振动的振幅，同时使超声波振动沿垂直方向间接引入至曲面零件14上侧，充分利用超声的机械振动，起到了细化晶粒、减少气孔和熔池凝固后降低残余应力的作用，由此可获得组织和性能优异的激光曲面熔覆层。

通过上下方向的超声振动和左右方向的电磁搅拌，对熔覆基体上熔池的组织形态进行调控，使得熔覆基体上熔池内侧晶粒均匀化，同时也加强熔覆基体上晶粒的流动性，减小熔覆基体内部的温度梯度，从晶粒的微观层面上改善了裂纹的产生，晶粒的流动也使得内侧的应力分布更加均匀，避免了现有激光熔覆技术存在的熔覆层会面临熔覆层内的气孔、裂纹、粗大柱状晶粒等缺陷以及由于激光熔覆过程中急热骤冷而产生的较大残余应力的问题，由此获得组织和性能优异的激光熔覆层，提高了激光熔覆技术的熔覆质量。

如附图1所示，载物台13上部沿周向均布有至少两个上下贯通的上螺纹孔，对应上螺纹孔位置的固定板9上沿周向均布有至少两个上下贯通的下螺纹孔，螺纹连接杆8的上端依次穿过下螺纹孔和上螺纹孔后通过螺母固定。

通过这样设置，便于载物台13与固定板9之间的安装和拆卸。

如附图1所示，还包括壳体16和圆柱销17，u形连接件2的底部左右两侧均固定连接有壳体16，每个步进电机3均固定安装在对应位置的壳体16内侧，每个壳体16底部中央均设有内外贯通的安装孔，对应安装孔位置的励磁线圈4外侧固定连接有竖向设置且呈中空状的连接杆18，步进电机3的输出轴穿过安装孔后套装在连接杆18的上部内侧，连接杆18上部外侧设有第一径向连通孔，对应第一径向连通孔位置的步进电机3输出轴上设有第二径向连通孔，步进电机3输出轴与连接杆18通过安装于第一径向连通孔和第二径向连通孔内的圆柱销17可拆卸安装在一起。

通过圆柱销17将连接杆18与步进电机3的输出轴连接在一起，便于连接杆18与步进电机3输出轴之间的连接和拆卸；通过步进电机3转动，使步进电机3输出轴转动带动连接杆18转动，从而带动与连接杆18固定连接在一起的励磁线圈4转动。

如附图1、2所示，还包括固定架，u型连接件通过固定架固定在竖直管道11上，固定架包括左右向开口的第一固定环19和上下向开口的第二固定环20，第一固定环19外侧和第二固定环20外侧固定连接在一起，u形连接件2上部中央固定套装在第一固定环19内侧，竖直管道11的上部外侧固定套装在第二固定环20内侧。

其中第一固定环19与第二固定环20外侧可通过焊接固定连接在一起，增加第一固定环19与第二固定环20之间的稳定性；通过这样设置，便于u形连接件2与竖直管道11之间的安装。

如附图1所示，超声波换能器6上部与超声波变幅杆15下部之间设有耦合剂层；超声波变幅杆15上部与载物台13之间设有耦合剂层；曲面零件14下部与载物台13上部之间设有耦合剂层。

通过在各个部件之间设置耦合剂层，便于超声的顺利传递，减少超声传递损失，提高超声传递效率。

以上技术特征构成了本实用新型的最佳实施例，其具有较强的适应性和最佳实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。