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超聲波輔助振動平臺

簡要描述:超聲波輔助振動平臺:?激光熔覆:激光束熔化基材表面形成熔池,同時輸送金屬粉末形成冶金結(jié)合的涂層。
?超聲波作用:
o空化效應:超聲波在熔池中產(chǎn)生微空泡,破裂時釋放能量,細化晶粒。
o聲流效應:促進熔池內(nèi)對流,均勻化成分分布,減少氣孔/夾雜。
o振動輔助:二維振動可打破枝晶生長方向,進一步細化組織,降低殘余應力。

  • 產(chǎn)品型號:
  • 廠商性質(zhì):生產(chǎn)廠家
  • 更新時間:2025-04-23
  • 訪  問  量:215

詳細介紹

品牌國彪超聲應用領(lǐng)域能源,電子/電池,汽車及零部件,電氣,綜合

1. 技術(shù)概述

定義
超聲波二維振動激光熔覆是一種復合增材制造技術(shù),結(jié)合了激光熔覆(Laser Cladding)與超聲波振動(Ultrasonic Vibration)的優(yōu)勢。通過引入二維振動(如XY方向),可進一步改善熔覆層的微觀組織、殘余應力分布及表面質(zhì)量。

核心組成

· 激光熔覆系統(tǒng):高功率激光器(如光纖激光)、送粉系統(tǒng)(粉末或絲材)、運動控制平臺。

· 超聲波振動裝置:超聲波發(fā)生器、換能器、變幅桿、二維振動工作臺(或振動頭)。

· 控制系統(tǒng):同步控制激光參數(shù)、振動頻率/振幅及運動路徑。




2. 技術(shù)原理

· 激光熔覆:激光束熔化基材表面形成熔池,同時輸送金屬粉末形成冶金結(jié)合的涂層。

· 超聲波作用

o 空化效應:超聲波在熔池中產(chǎn)生微空泡,破裂時釋放能量,細化晶粒。

o 聲流效應:促進熔池內(nèi)對流,均勻化成分分布,減少氣孔/夾雜。

o 振動輔助:二維振動可打破枝晶生長方向,進一步細化組織,降低殘余應力。




3. 技術(shù)特點

優(yōu)勢

· 改善微觀組織:晶粒尺寸顯著減?。蛇_納米級),提升硬度與耐磨性。

· 減少缺陷:降低氣孔率(可減少30%~50%)、裂紋敏感性。

· 殘余應力調(diào)控:振動引入的塑性變形可抵消熱應力,提高疲勞壽命。

· 涂層均勻性:二維振動使熔覆層厚度更一致,表面粗糙度(Ra)可降低20%~40%。

挑戰(zhàn)

· 工藝參數(shù)復雜(需優(yōu)化激光功率、掃描速度、振動頻率/振幅等)。

· 超聲波裝置與激光頭的集成設計難度較高。

· 成本較傳統(tǒng)激光熔覆更高。




4. 關(guān)鍵工藝參數(shù)

· 激光參數(shù):功率(500~3000W)、光斑直徑(0.5~3mm)、掃描速度(5~20mm/s)。

· 振動參數(shù)

o 頻率:20~40kHz(超聲波范圍)或低頻振動(<1kHz)。

o 振幅:5~50μm(二維振動需匹配方向性)。

· 材料選擇:鎳基合金(如Inconel 625)、鈷基合金、不銹鋼、鈦合金等。




5. 應用領(lǐng)域

· 航空航天:渦輪葉片耐磨涂層、高溫合金修復。

· 能源裝備:核電閥門密封面強化、燃氣輪機葉片修復。

· 汽車制造:發(fā)動機部件再制造。

· 醫(yī)療器械:鈦合金植入體表面功能化涂層。




6. 研究進展

· 2020年后文獻報道

o 中國學者發(fā)現(xiàn)二維振動可使Ti6Al4V熔覆層晶粒尺寸從50μm降至10μm以下(《Journal of Materials Processing Technology》)。

o 德國團隊通過超聲振動將316L不銹鋼涂層的疲勞壽命提升200%(《Additive Manufacturing》)。

· 未來方向

o 多物理場耦合仿真(激光-超聲-熱力耦合)。

o 智能參數(shù)調(diào)控(AI實時優(yōu)化振動與激光參數(shù))。






7. 參考文獻

1. Zhang et al. (2021). "Effect of ultrasonic vibration on microstructure and properties of laser cladded Inconel 718". Materials & Design.

2. Wang et al. (2022). "2D vibration-assisted laser cladding: A novel approach for residual stress reduction". Journal of Manufacturing Processes。

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