专利名称：一种钛合金激光修复用永磁式电磁搅拌装置的制作方法
技术领域：
:本实用新型涉及一种电磁搅拌装置，特别是一种钛合金激光修复用永磁式电磁搅拌装置。
技术背景:钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于航空航天、武器、核能、化工、医学等各个领域。钛合金的工艺性能差，切削加工困难，在热加工中，非常容易吸收氢氧氮碳等杂质。还有抗磨性差，生产工艺复杂。在钛合金零件制造过程中，经常会出现大量的加工超差，或零件在服役和使用过程中出现裂纹、腐蚀、磨损等失效。钛合金重要零部件价值少则数万元，多则数十万，甚至上百万元。一旦报废只能重新生产加工，对生产和科研进度会构成严重影响，造成巨额经济损失。因此，钛合金零部件高效、高性能的修复技术是亟待的关键问题。利用激光快速成形修复技术，针对钛合金主承力结构件加工过程中的几何缺陷，或在服役中出现的故障，按指定的强度、刚度、寿命或功能等修理设计原则，实现构件的快速修复。即可恢复价值昂贵的超差钛合金制件，减少巨额经济损失，同时可保证生产和研制周期，具有极大的应用价值，其经济效益十分显著。该技术的基本原理是:利用高能激光束在金属表面辐照，同时向激光熔池送入金属粉末，通过迅速熔化、扩展和迅速凝固，在基层表 面形成与其为冶金结合的添料沉积层。上述过程按照设定的填充路径在零件待修复部位上逐点填满给定的二维形状，重复这一过程逐层堆积完成零件修复。在钛合金激光沉积修复过程中，气孔、裂纹，显微组织分布不均匀，结晶不明显，晶粒尺寸粗大是影响修复质量的重要原因，为了改善修复效果，提高修复质量，通常通过添加某些特殊合金元素或氧化物，或通过优化钛合金激光沉积修复工艺等措施来抑制或改善以上缺陷，但以上措施对提高修复层质量没有取得突破性进展。为了改善激光修复层内部质量，一个重要思路是设法使修复层内硬质相均匀分布，而电磁搅拌技术可以很好的实现这一思路。搅拌器产生的旋转磁场作用于溶融的金属熔液，在其中产生感应电流，该电流又与搅拌器产生的磁场相互作用进而产生电磁力，电磁力推动金属熔液旋转，可以促使金属溶液中气泡杂质的析出，减小金属熔液的温度梯度，使熔池内物质分布更均匀。由于激光沉积修复的熔池小，熔池熔融时间短，需要的电磁强度较强，普通的搅拌设备很难满足要求，此外常见的交变电流式电磁搅拌器设备昂贵，结构复杂，占用空间较大，传统永磁式电磁搅拌装置激光修复空间有限只能放置合适大小的工件，这都限制了交变电流式电磁搅拌器在试验中的应用。本实用新型为一台结构紧凑，成本低廉，性能稳定的永磁式电磁搅拌装置，此装置结构形式不受待修复工件大小约束，具有结构简单、尺寸小，易于应用的特点
实用新型内容
:针对上述现有技术的不足，本实用新型提供了一种结构紧凑，性能稳定，满足试验安装的空间要求，并能在工作区域产生强度和速率均可调的近似均匀磁场，且不受修复工件大小的限制，能很好的发挥搅拌效用，改善技术背景中提及的问题和缺陷的钛合金激光修复用永磁式电磁搅拌装置。为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是:一种钛合金激光修复用永磁式电磁搅拌装置，包括转盘，步进电机，同步带轮，送粉头，磁铁盒和永磁铁。送粉头穿过转盘的中心。步进电机通过同步带轮与转盘的轴连接。磁铁盒和永磁体均布在转盘下表面靠近边缘处。优选的，永磁体和送粉头之间设有防护罩。系统的热源主要是激光，防护罩的光亮薄壳可以反射大量激光，并避免旋转磁铁引起保护气体的流动。本实用新型不受待修复工件大小约束，同时有利于提高熔池周围的磁场强度。电磁搅拌装置的磁场强度为O-1OOmT可调,磁场旋转速率为0-2000rmp可调，并能在中心区域产生近似的均匀磁场。通过改变磁铁盒在转盘上的位置和电机转速便可实现对金属溶液以不同的搅拌强度和搅拌速率进行搅拌，进而获得不同的激光修复效果。
:图1是本实用新型结构的示意图。图2是转盘上的磁铁分布图。图3是本实用新型对热影响区域作用效果图。图4是本实用新型对修复层显微结构作用效果图。图5是本实用新型对气孔作用效果图。
具体实施方式
:如图1和图2所示:一种钛合金激光修复用永磁式电磁搅拌装置，包括转盘1，步进电机2,同步带轮3,送粉头5,磁铁盒5和永磁铁6。送粉头5穿过转盘I的中心。步进电机2通过同步带轮3与转盘I的轴连接。磁铁盒5和永磁体6均布在转盘I下表面靠近边缘处。永磁体6和送粉头5之间设有防护罩8。整个机构处于工件7的上端。步进电机2通过同步带轮3带动转盘I转动,从而带动磁铁盒5和永磁铁6转动,从而在空间形成旋转磁场。转盘上开有滑轨，磁铁装入磁铁盒且可在滑轨中滑动以调整两对应磁铁的空间距离从而调整熔池区域的磁场强度；钛合金激光修复在工件上完成，工件7固定在工作台上，改变转盘I的转速和磁铁盒5在转盘I上的位置便可以调整旋转磁场的大小和转动速率，从而获得不同的搅拌效果。如图3所示:(a)区为钛合金激光修复时无电磁搅拌的金相图，(b)区为有电磁搅拌的金相图，本实用新型可以使热影响区域更均匀，增大其作用范围并向工件渗透，在一定程度上提高了修复层与工件的结合力。如图4所示:(a)区为钛合金激光修复时无电磁搅拌的金相图，(b)区为有电磁搅拌的金相图，本实用新型能显著改善修复层显微结构，使其分布更均匀，组织形核率增加，境界被打碎，细化晶粒，并促使修复层由马氏体α ’逐渐分解转变为次生α相。如图5所示:(a)区为钛 合金激光修复时无电磁搅拌的金相图，(b)区为有电磁搅拌的金相图，本实用新型能很好的抑制钛合金粉末激光修复层的气孔并使其细微化，有利于提高材料的力学性能。
权利要求1.一种钛合金激光修复用永磁式电磁搅拌装置，其特征在于:包括转盘，步进电机，同步带轮，送粉头，磁铁盒和永磁铁；送粉头穿过转盘的中心，步进电机通过同步带轮与转盘的轴连接，磁铁盒和永磁体均布在转盘下表面靠近边缘处。
2.如权利要求1所述的一种钛 合金激光修复用永磁式电磁搅拌装置，其特征在于:永磁体和送粉头之间设有防护罩。
专利摘要一种钛合金激光修复用永磁式电磁搅拌装置，包括转盘，步进电机，同步带轮，送粉头，磁铁盒和永磁铁。送粉头穿过转盘的中心。步进电机通过同步带轮与转盘的轴连接。磁铁盒和永磁体均布在转盘下表面靠近边缘处。本实用新型不受待修复工件大小约束，同时有利于提高熔池周围的磁场强度。电磁搅拌装置的磁场强度为0-100mT可调，磁场旋转速率为0-2000rmp可调，并能在中心区域产生近似的均匀磁场。通过改变磁铁盒在转盘上的位置和电机转速便可实现对金属溶液以不同的搅拌强度和搅拌速率进行搅拌，进而获得不同的激光修复效果。
文档编号C23C24/10GK203144514SQ20132009286
公开日2013年8月21日 申请日期2013年2月27日 优先权日2013年2月27日
发明者杨光, 王维, 尚纯, 钦兰云 申请人:沈阳航空航天大学