[发明专利]一种基于磁力与离心力双重压制的超高速激光熔覆装置及工艺

权利要求书

1.一种基于磁力与离心力双重压制的超高速激光熔覆装置，其特征在于，包括激光发生器(1)、分光器(2)、粉末装置、回转工装(14)和磁场发生器；

所述回转工装(14)内安装基体(13)，通过驱动装置使回转工装(14)旋转；所述磁场发生器用于在回转工装(14)内产生磁场；所述激光发生器(1)通过分光器(2)产生不同能量的第一激光束和第二激光束，所述第一激光束和第二激光束共同聚焦在基体(13)表面；所述粉末装置输送的粉末喷射到基体(13)表面，通过第一激光束和第二激光束实现激光熔覆。

2.根据权利要求1所述的基于磁力与离心力双重压制的超高速激光熔覆装置，其特征在于，所述第一激光束通过主熔覆头(12)输出形成的第一光斑面积小于所述第二激光束通过辅助激光头(11)输出形成第二光斑的面积，且所述第一光斑的能量大于第二光斑的能量；所述第二光斑与第一光斑的重叠部分用于促进粉末融化，所述第二光斑与第一光斑非重叠部分用于对基体进行预加热。

3.根据权利要求2所述的基于磁力与离心力双重压制的超高速激光熔覆装置，其特征在于，所述第一激光束通过主熔覆头(12)输出形成圆形光斑，所述第二激光束通过辅助激光头(11)输出形成矩形光斑，所述矩形光斑覆盖圆形光斑。

4.根据权利要求1所述的基于磁力与离心力双重压制的超高速激光熔覆装置，其特征在于，在第一激光束和第二激光束作用下熔融态粉末在基体(13)表面形成熔池，在磁场产生的洛伦兹力与旋转产生的离心力的双重作用下使熔池受压，用于形成高密度致密结构的熔池。

5.根据权利要求4所述的基于磁力与离心力双重压制的超高速激光熔覆装置，其特征在于，所述回转工装(14)底面均匀分布若干通孔，用于粉末下落；所述通孔下方设有粉末收集槽(21)，通过带锥度的支架(15)使粉末汇聚到粉末收集槽(21)内；所述粉末收集槽(21)上方设有过滤网(18)，用于过滤熔覆过程中产生的残渣。

6.根据权利要求1所述的基于磁力与离心力双重压制的超高速激光熔覆装置，其特征在于，所述分光器(2)通过升降机构(8)安装在移动平台上；所述磁场发生器包括环形线圈(4)，所述环形线圈(4)缠绕在回转工装(14)外部，使环形线圈(4)通电，用于在回转工装(14)内产生磁场。

7.根据权利要求1-6任一项所述的基于磁力与离心力双重压制的超高速激光熔覆装置，其特征在于，所述回转工装(14)内通过夹具均布安装若干基体(13)，用于多零件同步加工。

8.一种根据权利要求2所述的基于磁力与离心力双重压制的超高速激光熔覆装置的工艺，其特征在于，包括如下步骤：

将基体(13)安装在回转工装(14)；

调整辅助激光头(11)的位置，使第二光斑聚焦到基体(13)表面，用于预热基体(13)；

调整主熔覆头(12)的位置，使第一光斑聚焦到基体(13)表面，且第一光斑与第二光斑重叠；所述粉末装置输送的粉末喷射到基体(13)表面，通过所述第二光斑与第一光斑的重叠部分使粉末熔覆在基体(13)表面；通过驱动装置带动回转工装(14)旋转，同时磁场发生器在回转工装(14)内产生磁场，在磁场产生的洛伦兹力与旋转产生的离心力的双重作用下使基体(13)表面的熔池受压，形成高密度致密结构的熔池。

9.根据权利要求8所述的基于磁力与离心力双重压制的超高速激光熔覆装置的工艺，其特征在于，还包括如下步骤：

通过高速摄像机(10)拍摄熔池的状态，控制系统(5)利用图像识别技术判断粉末熔化是否充分，若粉末熔化不满足设定要求，所述控制系统(5)控制回转工装(14)降低转速。

10.根据权利要求8所述的基于磁力与离心力双重压制的超高速激光熔覆装置的工艺，其特征在于，在磁场产生的洛伦兹力与旋转产生的离心力的双重作用下使基体(13)表面的熔池受压的高度ΔH表示为：

其中：

F_洛伦兹为磁场产生的洛伦兹力；

F_离心为旋转产生的离心力；

K为常数；

T_c为临界温度；

M为粉末粒子原子量；

ρ为熔体密度；

T为熔池温度。