一种电磁冲击在线增强激光熔化沉积金属的装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及金属沉积领域，具体是一种电磁冲击在线增强激光熔化沉积金属的装置及方法。
【背景技术】
[0002]近年来，激光熔化沉积技术因其大幅度缩减产品开发周期、降低产品研发成本以及最大程度上节约原材料等优势获得广泛关注和快速发展。该技术所具备的超越传统制造技术的超高制件性能、最少的原材料使用以及原材料的循环应用和金属制件的再生等独特的优越性无一不紧密贴合当今绿色制造、循环经济的潮流。然而，激光熔化沉积件也存在着内应力过大、易出现气孔及裂纹等缺陷，这是制约激光熔化沉积技术获得产业化推广的主要因素。特别是沉积件存在的“残余应力”，可导致工件变形，甚至将演化为裂纹等缺陷，一方面大大降低了制件本应有的技术性能指标，更有甚者将会导致制件失效，引发难以预测和控制的安全问题。
[0003]为了解决上述问题，研宄人员尝试了多种方法，如对激光熔化沉积件进行后续热处理、在激光熔化沉积后施加超声冲击等。在激光熔化沉积后用热处理的方法可以在一定程度上减小熔覆层内部残余应力，却也容易导致晶粒粗大，降低其屈服强度。而使用超声冲击强化激光熔化沉积件，虽能消除部分应力，但去应力效果均一性差，且操作复杂、大大增加了劳动强度，较难实现工业推广。
【发明内容】
[0004]本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种电磁冲击在线增强激光熔化沉积金属的装置及方法，能够消减残余应力，改善激光熔化沉积金属组织结构及综合力学性能。
[0005]本发明提供的装置包括外套筒，外套筒内设有中空内椎体，外套筒与中空内椎体之间留有从上往下连续减小的间隙；外套筒外缘上套有集磁器，集磁器上方悬空设有与交流电源连接的线圈。
[0006]外套筒与中空内椎体之间间隙的宽度为0.5-3_。
[0007]所述的线圈由空心铜管绕制而成，线圈与集磁器的间距为l-10mm。
[0008]本发明还提供了一种电磁冲击在线增强激光熔化沉积金属的方法，包括以下步骤:
1)将基体放置于集磁器下方1_5_处；
2)将金属粉末从中空内锥体与外套筒之间的间隙放入，使其在基体表面汇聚，从中空内椎体中间通过激光，将金属粉末熔化；同时向线圈3通入矩形波交流电，电流为10-100A，频率为1-1OOHz ;通入交流电时，对线圈3进行水冷。
[0009]3)移动基体，使熔化的金属逐渐冷却、凝固，逐段逐层累加，在基体表面形成的激光熔化沉积件。
[0010]本发明有益效果在于: 1、激光熔化沉积金属时，对线圈通入交变电流，产生交变电磁场，再利用集磁器将电磁场集中于尚有余温的成形件上，感应电磁力产生挤压作用，从而降低成形件内部孔隙率，缓解甚至消除成形件拉应力，减少开裂倾向，大大提高激光熔化沉积件的力学性能。
[0011]2、本发明提供的装置结构紧凑，操作简单，可控性高，且能实现在线增强激光熔化沉积金属件，大大提高了生产效率。
【附图说明】
[0012]图1为本发明提供的装置结构示意图。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0014]本发明提供了一种电磁冲击在线增强激光熔化沉积金属的装置，其结构如图1所示，包括外套筒2，外套筒2内设有中空内椎体4，外套筒2与中空内椎体4之间留有从上往下连续减小的间隙；外套筒2外缘上通过螺纹连接有集磁器5，集磁器5上方设有悬空的与交流电源连接的线圈3。
[0015]其中所述的外套筒2与中空内椎体4之间间隙的宽度为0.5-3mm。所述的线圈3由空心铜管绕制而成，线圈3与集磁器5的间距为l-10mm。
[0016]本发明提供的电磁冲击在线增强激光熔化沉积金属的方法，包括以下步骤:
I)将基体7放置于集磁器5下方1-5_处。
[0017]2)将金属粉末8从中空内锥体4与外套筒2之间的间隙放入，使其在基体7表面汇聚，从中空内椎体4中间通过激光1，将金属粉末8熔化；同时向线圈3通入矩形波交流电，电流为10-100A，频率为1-1OOHz ;通入交流电时，对线圈3进行水冷。
[0018]3)移动基体，使熔化的金属逐渐冷却、凝固，逐段逐层累加，在基体7表面形成形成低内应力、少孔隙的激光熔化沉积件6。
[0019]本发明在激光熔化沉积技术基础上，在同轴送粉喷嘴的外套筒上安装集磁器，集磁器正上方悬空放置螺线形铜线圈。激光熔化沉积金属时，对线圈通入交变电流，产生交变电磁场，再利用集磁器将电磁场集中于尚有余温的成形件上，感应电磁力产生挤压作用，从而降低成形件内部孔隙率，缓解甚至消除成形件拉应力，减少开裂倾向，大大提高激光熔化沉积件的力学性能。此外，本方法所用装置结构紧凑，操作简单，可控性高，且能实现在线增强激光熔化沉积金属件，大大提高了生产效率。
[0020]本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种电磁冲击在线增强激光熔化沉积金属的装置，其特征在于：包括外套筒（2)，外套筒（2)内设有中空内椎体（4)，外套筒（2)与中空内椎体（4)之间留有从上往下连续减小的间隙；外套筒（2)外缘上套有集磁器（5)，集磁器（5)上方悬空设有与交流电源连接的线圈⑶。
2.根据权利要求I所述的电磁冲击在线增强激光熔化沉积金属的装置，其特征在于：所述的外套筒（2)与中空内椎体（4)之间间隙的宽度为O. 5-3_。
3.根据权利要求I所述的电磁冲击在线增强激光熔化沉积金属的装置，其特征在于：所述的线圈（3)由空心铜管绕制而成，线圈（3)与集磁器（5)的间距为l-10mm。
4.一种电磁冲击在线增强激光熔化沉积金属的方法，其特征在于包括以下步骤： 1)将基体（7)放置于集磁器（5)下方l-5mm处； 2)将金属粉末（8)从中空内锥体（4)与外套筒（2)之间的间隙放入，使其在基体（7)表面汇聚，从中空内椎体（4)中间通过激光（I)，将金属粉末（8 )熔化；同时向线圈（3 )通入矩形波交流电，电流为10-100A，频率为I-IOOHz ； 3)移动基体（7)，使熔化的金属逐渐冷却、凝固，逐段逐层累加，在基体（7)表面形成的激光熔化沉积件（6)。
5.根据权利要求4所述的电磁冲击在线增强激光熔化沉积金属的方法，其特征在于：步骤3)所述的线圈（3)通入交流电时，对线圈（3)进行水冷。
【专利摘要】本发明提供了一种电磁冲击在线增强激光熔化沉积金属的装置及方法，装置包括外套筒，外套筒内设有中空内椎体，外套筒与中空内椎体之间留有从上往下连续减小的间隙；外套筒外缘上套有集磁器，集磁器上方悬空设有与交流电源连接的线圈。本发明对线圈通入交变电流，产生交变电磁场，再利用集磁器将电磁场集中于尚有余温的成形件上，感应电磁力产生挤压作用，从而降低成形件内部孔隙率，缓解甚至消除成形件拉应力，减少开裂倾向，大大提高激光熔化沉积件的力学性能。
【IPC分类】B22F3-105, B33Y30-00, B33Y10-00
【公开号】CN104827033
【申请号】CN201510175560
【发明人】赵剑峰, 谢德巧, 肖猛, 成诚, 马智勇, 田宗军, 沈理达
【申请人】南京航空航天大学
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年4月15日