[发明专利]一种减少激光熔覆成型零部件气孔缺陷的方法

说明书

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。

技术领域

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，具体地是关于一种减少激光熔覆成型零部件气孔缺陷，提升其致密性的方法。

背景技术

激光熔覆技术是利用高能量密度激光束，使基材表面所添加的熔覆材料与基材表层材料一同经历快速熔化及凝固的过程。激光熔覆后，熔覆层与基材表面形成良好的冶金结合。相对于传统的焊接、喷涂等加工方式，激光熔覆具有热输入量小、熔覆层晶粒细小、稀释率低及结构致密等优点。利用激光熔覆技术，可以实现基材表面高耐磨、耐蚀、耐氧化等特殊性能，还可以快速修复受损零部件并实现激光3D打印及快速成型，在航空航天、模具、石油化工等工业领域取得了广泛的应用。

同时，激光熔覆过程中，熔池由熔化到凝固状态的变化过程中，经历了复杂的物理及化学冶金过程。气孔及裂纹是激光熔覆过程中常见的材料缺陷，会严重影响熔覆材料的物理性能及可靠性。因而，寻找稳定可靠的减小熔覆缺陷的方法，具有积极的意义。目前，针对此方面，除了对激光工艺参数的优化之外，还对电磁搅拌、超声波、机械振动等方面进行了探索。通过对工艺参数优化的方法很难从原理上完全消除气孔性缺陷，尤其对于特殊添加材料而言，如WC等，更容易在熔覆液态熔池中产生气孔。对于电磁搅拌、超声波、机械振动来说，可以通过改善熔池对流、促进气泡长大逸出等方式来减小熔池中的气孔缺陷。然而以上三种方法很难做到对熔池内气体施加集中作用效果，也很难完全消除气孔缺陷。激光熔覆过程中，熔池具有较快的凝固速度以及较短的冷却时间，对气孔性缺陷来说，最有效的办法是直接加大气孔在竖直方向上的上浮力，减少其脱出时间。

通电导体在磁场中会受到电磁力的作用，该作用力可以均匀且定向地分布在导体内部。在激光熔覆过程中，对熔池内部施加电磁作用力，可以改善熔池内气体的受力状态，加快气体的上浮，进而减小激光熔覆后的气孔缺陷。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种减少激光熔覆成型零部件气孔缺陷的方法。其在激光熔覆过程中同时施加电磁作用力，改善气体的受力状态，并加速其上浮速度。

本发明的技术方案：

一种减少激光熔覆成型零部件气孔缺陷的方法，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)按照本领域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，借此去除熔覆基体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；