一種電磁沖擊在線增強激光熔化沉積金屬的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬沉積領(lǐng)域，具體是一種電磁沖擊在線增強激光熔化沉積金屬的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，激光熔化沉積技術(shù)因其大幅度縮減產(chǎn)品開發(fā)周期、降低產(chǎn)品研發(fā)成本以及最大程度上節(jié)約原材料等優(yōu)勢獲得廣泛關(guān)注和快速發(fā)展。該技術(shù)所具備的超越傳統(tǒng)制造技術(shù)的超高制件性能、最少的原材料使用以及原材料的循環(huán)應(yīng)用和金屬制件的再生等獨特的優(yōu)越性無一不緊密貼合當今綠色制造、循環(huán)經(jīng)濟的潮流。然而，激光熔化沉積件也存在著內(nèi)應(yīng)力過大、易出現(xiàn)氣孔及裂紋等缺陷，這是制約激光熔化沉積技術(shù)獲得產(chǎn)業(yè)化推廣的主要因素。特別是沉積件存在的“殘余應(yīng)力”，可導致工件變形，甚至將演化為裂紋等缺陷，一方面大大降低了制件本應(yīng)有的技術(shù)性能指標，更有甚者將會導致制件失效，引發(fā)難以預(yù)測和控制的安全問題。
[0003]為了解決上述問題，研宄人員嘗試了多種方法，如對激光熔化沉積件進行后續(xù)熱處理、在激光熔化沉積后施加超聲沖擊等。在激光熔化沉積后用熱處理的方法可以在一定程度上減小熔覆層內(nèi)部殘余應(yīng)力，卻也容易導致晶粒粗大，降低其屈服強度。而使用超聲沖擊強化激光熔化沉積件，雖能消除部分應(yīng)力，但去應(yīng)力效果均一性差，且操作復(fù)雜、大大增加了勞動強度，較難實現(xiàn)工業(yè)推廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，提供了一種電磁沖擊在線增強激光熔化沉積金屬的裝置及方法，能夠消減殘余應(yīng)力，改善激光熔化沉積金屬組織結(jié)構(gòu)及綜合力學性能。
[0005]本發(fā)明提供的裝置包括外套筒，外套筒內(nèi)設(shè)有中空內(nèi)椎體，外套筒與中空內(nèi)椎體之間留有從上往下連續(xù)減小的間隙；外套筒外緣上套有集磁器，集磁器上方懸空設(shè)有與交流電源連接的線圈。
[0006]外套筒與中空內(nèi)椎體之間間隙的寬度為0.5-3_。
[0007]所述的線圈由空心銅管繞制而成，線圈與集磁器的間距為l-10mm。
[0008]本發(fā)明還提供了一種電磁沖擊在線增強激光熔化沉積金屬的方法，包括以下步驟:
1)將基體放置于集磁器下方1_5_處；
2)將金屬粉末從中空內(nèi)錐體與外套筒之間的間隙放入，使其在基體表面匯聚，從中空內(nèi)椎體中間通過激光，將金屬粉末熔化；同時向線圈3通入矩形波交流電，電流為10-100A，頻率為1-1OOHz ;通入交流電時，對線圈3進行水冷。
[0009]3)移動基體，使熔化的金屬逐漸冷卻、凝固，逐段逐層累加，在基體表面形成的激光熔化沉積件。
[0010]本發(fā)明有益效果在于: 1、激光熔化沉積金屬時，對線圈通入交變電流，產(chǎn)生交變電磁場，再利用集磁器將電磁場集中于尚有余溫的成形件上，感應(yīng)電磁力產(chǎn)生擠壓作用，從而降低成形件內(nèi)部孔隙率，緩解甚至消除成形件拉應(yīng)力，減少開裂傾向，大大提高激光熔化沉積件的力學性能。
[0011]2、本發(fā)明提供的裝置結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡單，可控性高，且能實現(xiàn)在線增強激光熔化沉積金屬件，大大提高了生產(chǎn)效率。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明提供的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0014]本發(fā)明提供了一種電磁沖擊在線增強激光熔化沉積金屬的裝置，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括外套筒2，外套筒2內(nèi)設(shè)有中空內(nèi)椎體4，外套筒2與中空內(nèi)椎體4之間留有從上往下連續(xù)減小的間隙；外套筒2外緣上通過螺紋連接有集磁器5，集磁器5上方設(shè)有懸空的與交流電源連接的線圈3。
[0015]其中所述的外套筒2與中空內(nèi)椎體4之間間隙的寬度為0.5-3mm。所述的線圈3由空心銅管繞制而成，線圈3與集磁器5的間距為l-10mm。
[0016]本發(fā)明提供的電磁沖擊在線增強激光熔化沉積金屬的方法，包括以下步驟:
I)將基體7放置于集磁器5下方1-5_處。
[0017]2)將金屬粉末8從中空內(nèi)錐體4與外套筒2之間的間隙放入，使其在基體7表面匯聚，從中空內(nèi)椎體4中間通過激光1，將金屬粉末8熔化；同時向線圈3通入矩形波交流電，電流為10-100A，頻率為1-1OOHz ;通入交流電時，對線圈3進行水冷。
[0018]3)移動基體，使熔化的金屬逐漸冷卻、凝固，逐段逐層累加，在基體7表面形成形成低內(nèi)應(yīng)力、少孔隙的激光熔化沉積件6。
[0019]本發(fā)明在激光熔化沉積技術(shù)基礎(chǔ)上，在同軸送粉噴嘴的外套筒上安裝集磁器，集磁器正上方懸空放置螺線形銅線圈。激光熔化沉積金屬時，對線圈通入交變電流，產(chǎn)生交變電磁場，再利用集磁器將電磁場集中于尚有余溫的成形件上，感應(yīng)電磁力產(chǎn)生擠壓作用，從而降低成形件內(nèi)部孔隙率，緩解甚至消除成形件拉應(yīng)力，減少開裂傾向，大大提高激光熔化沉積件的力學性能。此外，本方法所用裝置結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡單，可控性高，且能實現(xiàn)在線增強激光熔化沉積金屬件，大大提高了生產(chǎn)效率。
[0020]本發(fā)明具體應(yīng)用途徑很多，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進，這些改進也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種電磁沖擊在線增強激光熔化沉積金屬的裝置，其特征在于：包括外套筒（2)，外套筒（2)內(nèi)設(shè)有中空內(nèi)椎體（4)，外套筒（2)與中空內(nèi)椎體（4)之間留有從上往下連續(xù)減小的間隙；外套筒（2)外緣上套有集磁器（5)，集磁器（5)上方懸空設(shè)有與交流電源連接的線圈⑶。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電磁沖擊在線增強激光熔化沉積金屬的裝置，其特征在于：所述的外套筒（2)與中空內(nèi)椎體（4)之間間隙的寬度為O. 5-3_。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電磁沖擊在線增強激光熔化沉積金屬的裝置，其特征在于：所述的線圈（3)由空心銅管繞制而成，線圈（3)與集磁器（5)的間距為l-10mm。
4.一種電磁沖擊在線增強激光熔化沉積金屬的方法，其特征在于包括以下步驟： 1)將基體（7)放置于集磁器（5)下方l-5mm處； 2)將金屬粉末（8)從中空內(nèi)錐體（4)與外套筒（2)之間的間隙放入，使其在基體（7)表面匯聚，從中空內(nèi)椎體（4)中間通過激光（I)，將金屬粉末（8 )熔化；同時向線圈（3 )通入矩形波交流電，電流為10-100A，頻率為I-IOOHz ； 3)移動基體（7)，使熔化的金屬逐漸冷卻、凝固，逐段逐層累加，在基體（7)表面形成的激光熔化沉積件（6)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電磁沖擊在線增強激光熔化沉積金屬的方法，其特征在于：步驟3)所述的線圈（3)通入交流電時，對線圈（3)進行水冷。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種電磁沖擊在線增強激光熔化沉積金屬的裝置及方法，裝置包括外套筒，外套筒內(nèi)設(shè)有中空內(nèi)椎體，外套筒與中空內(nèi)椎體之間留有從上往下連續(xù)減小的間隙；外套筒外緣上套有集磁器，集磁器上方懸空設(shè)有與交流電源連接的線圈。本發(fā)明對線圈通入交變電流，產(chǎn)生交變電磁場，再利用集磁器將電磁場集中于尚有余溫的成形件上，感應(yīng)電磁力產(chǎn)生擠壓作用，從而降低成形件內(nèi)部孔隙率，緩解甚至消除成形件拉應(yīng)力，減少開裂傾向，大大提高激光熔化沉積件的力學性能。
【IPC分類】B22F3-105, B33Y30-00, B33Y10-00
【公開號】CN104827033
【申請?zhí)枴緾N201510175560
【發(fā)明人】趙劍峰, 謝德巧, 肖猛, 成誠, 馬智勇, 田宗軍, 沈理達
【申請人】南京航空航天大學
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年4月15日