专利名称：电磁搅拌装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种金属熔池的非接触搅拌装置，尤其是一种电磁搅拌装置，属于材料科学技术领域。
背景技术：
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，而且抗磨性差，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，这都限制了交变电流式电磁搅拌器在试验中的应用。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种结构紧凑，成本低廉，性能稳定的永磁式电磁搅拌装置。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是电磁搅拌装置，包括步进电机，底板，第一同步带轮，保护外壳，转盘，磁铁盒，工作台，基板，激光送粉头，支撑杆，传动轴，防护罩，支架，支座，工作台底盘，第二同步带轮，同步带和单轴控制器。传动轴固定在工作台底盘上。工作台底盘处于底板内。支座固定在底板上。第二同步带轮固定在传动轴上，并通过同步带与第一同步带轮连接。第一同步带轮固定在步进电机上。步进电机上连接单轴控制器。支架固定在底板的一侧，并支撑着防护罩。防护罩罩在磁铁盒的上端。磁铁盒固定在转盘上。转盘固定在传动轴上。保护外壳罩在第一同步带轮上。支撑杆固定在传动轴的中心。工作台固定在支撑杆上。基板固定在工作台上。激光送粉头处于基板的正上方。本发明结构紧凑，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，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；可以使热影响区域更均匀，增大其作用范围并向基板渗透；能显著改善修复层显微结构，使其分布更均匀，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；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；能在一定程度上提高修复层的显微硬度。
图I是本发明的结构示意图。图2是本发明的磁铁分布图。
图3是转盘的结构示意图。图4是图3的A-A剖视图。
具体实施例方式如图1-4所示电磁搅拌装置，包括步进电机1，底板17，第一同步带轮3，保护外壳4，转盘5，磁铁盒6，工作台7，基板8，激光送粉头9，支撑杆10，传动轴11，防护罩12，支架13，支座14，工作台底盘15，第二同步带轮16，同步带18和单轴控制器19。传动轴11固定在工作台底盘15上。工作台底盘15处于底板17内。支座14固定在底板17上。第二同步带轮16固定在传动轴11上，并通过同步带18与第一同步带轮3连接。第一同步带轮3固定在步进电机I上。步进电机I上连接单轴控制器19。支架13固定在底板17的一侧，并支撑着防护罩12。防护罩12罩在磁铁盒6的上端。磁铁盒6固定在转盘5上。转盘5固定在传动轴11上。保护外壳4罩在第一同步带轮3上。支撑杆10固定在传动轴11的中心。工作台7固定在支撑杆10上。基板8固定在工作台7上。激光送粉头9处于基板8的正上方。钛合金激光修复在基板上完成，基板固定在工作台上，工作台位于旋转磁场的中心，改变转盘的转速和磁铁盒在转盘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。电磁搅拌装置的磁场强度为O-IOOmT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以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。电磁搅拌装置的构造方案主要是由电机调速装置，传动机构，磁铁转盘机构，工作台机构，防护罩机构，底板六部分组成，其中电机调速装置由步进电机I和单轴控制器19组成，电机调速由单轴控制器19通过编程实，可以很好地实现电机转速的调节；传动机构由第一同步带轮3、第二同步带轮16、同步带18和空心传动轴11组成，同步带轮保证传动的准确性，空心轴用于连接转盘并确保转盘的转动和工作台不发生干涉。磁铁转盘机构由磁铁盒6，磁铁，转盘5组成，转盘为铝合金材料，其上开有导轨槽，磁铁装入磁铁盒6中，传动机构带动转盘转动，从而在空间形成旋转磁场，磁铁盒可以在导轨槽中滑动以调整两对应的磁铁间的距离从而调整中心场强的大小。工作台机构由工作台底盘15，支撑杆10和工作台7三部分组成。工作台可以拆解，且不与传动轴及转盘发生干涉。防护罩机构由防护罩12，支架13组成，支杆安装于底板17上，且可以拆解，方便安装。保护罩主要用于反射激光，保护工作台不与旋转磁体相碰撞并避免因磁铁旋转在工作台区域引起保护气体的流动。底板由两块组成，分别用来固定步进电机I和工作台底盘15，底板可拆分，方便 更换电机和同步带轮。
权利要求
1.电磁搅拌装置，其特征在于包括步进电机，底板，第一同步带轮，保护外壳，转盘，磁铁盒，工作台，基板，激光送粉头，支撑杆，传动轴，防护罩，支架，支座，工作台底盘，第二同步带轮，同步带和单轴控制器；传动轴固定在工作台底盘上，工作台底盘处于底板内，支座固定在底板上，第二同步带轮固定在传动轴上，并通过同步带与第一同步带轮连接，第一同步带轮固定在步进电机上，步进电机上连接单轴控制器，支架固定在底板的一侧，并支撑着防护罩，防护罩罩在磁铁盒的上端，磁铁盒固定在转盘上，转盘固定在传动轴上，保护外壳罩在第一同步带轮上，支撑杆固定在传动轴的中心，工作台固定在支撑杆上，基板固定在工作台上，激光送粉头处于基板的正上方。
2.如权利要求I所述的电磁搅拌装置，其特征在于所述的转盘为铝合金材料，其上开有导轨槽，磁铁盒在导轨槽中滑动。
3.如权利要求I所述的电磁搅拌装置，其特征在于所述的磁铁盒内有磁铁。
4.如权利要求I所述的电磁搅拌装置，其特征在于所述的底板由两块组成，并且可拆分。
全文摘要
电磁搅拌装置，传动轴固定在工作台底盘上。工作台底盘处于底板内。支座固定在底板上。第二同步带轮固定在传动轴上，并通过同步带与第一同步带轮连接。第一同步带轮固定在步进电机上。步进电机上连接单轴控制器。支架固定在底板的一侧，并支撑着防护罩。防护罩罩在磁铁盒的上端。磁铁盒固定在转盘上。转盘固定在传动轴上。保护外壳罩在第一同步带轮上。支撑杆固定在传动轴的中心。工作台固定在支撑杆上。基板固定在工作台上。激光送粉头处于基板的正上方。本发明结构紧凑，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，能很好的发挥搅拌效用。
文档编号B23K26/42GK102922149SQ20121047385
公开日2013年2月13日 申请日期2012年11月21日 优先权日2012年11月21日
发明者杨光, 齐鹏, 王维, 卞宏友, 钦兰云 申请人:沈阳航空航天大学