1.一种超声半固态辊锻复合激光熔覆成形装置,其特征在于,所述装置包括:激光工作机构、超声振动机构、轧辊机构;
所述激光工作机构包括:激光熔覆头、连接杆;连接杆用于连接激光熔覆头和激光器,激光器是光纤连续激光器;激光熔覆头竖向垂直于工件上方;
所述超声振动机构包括:超声振动板、超声发生器;超声振动板通过电缆与超声发生器相连,工件固定于超声振动板上;
所述轧辊机构包括:轧辊、轴承、轴承座、弹性压紧机构;轧辊与轴承套在一起,轴承套在轴承座内;轧辊被弹性压紧机构紧压于熔覆层上;
所述轧辊机构通过连接板固定于激光熔覆头上部的连接杆上。
2.如权利要求1所述超声半固态辊锻复合激光熔覆成形装置,其特征在于,连接杆为空心阶梯状结构。
3.如权利要求1所述超声半固态辊锻复合激光熔覆成形装置,其特征在于,弹性压紧机构包括:外壳、弹簧、带螺杆的阶梯形推板、带螺杆的端盖;带螺杆的阶梯形推板安装在外壳内,弹簧放置在带螺杆的阶梯形推板上方,带螺杆的端盖采用螺纹与外壳拧在一起;带螺杆的阶梯形推板与轴承座之间通过M8螺母固定。
4.如权利要求1所述超声半固态辊锻复合激光熔覆成形装置,其特征在于,连接板一端设有开口的孔,通过M3螺栓紧固在连接杆上,另一端设有长度为50mm的开口槽,弹性压紧机构中带螺杆的端盖通过M8螺母固定在连接板上,调节弹性压紧机构固定位置与激光中心的距离,可以实现对熔覆层半固态状态的辊压。
5.一种超声半固态辊锻复合激光熔覆成形方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:(1)将熔覆粉末置于保温炉中进行烘干处理,在250~350℃下保温0.5~1h,之后放入送粉器;
(2)将熔覆工件试样的表面用乙醇擦拭去油污,备用;
(3)调节弹性压紧机构固定位置与激光中心的距离;
弹性压紧机构固定位置与激光中心的距离S计算公式为:S=8.25P/πd(2ρCpv+h)(Tm‑T0)其中,P为激光功率,d为光斑直径,v为激光扫描速度,ρ为密度,Cp为比热容,h为传热系数,Tm为固相线与液相线平均温度,T0为室温;
(4)将熔覆工件试样固定于超声振动平台上,打开超声发生器,调节频率和功率,施加功率为300~600W,频率为20~30kHz的超声振动,使熔覆工件试样产生高频振动;
(5)打开激光器,对工件试样表面进行激光熔覆加工,单道熔覆,轧辊同步运动,在加工过程中同时开启氩气保护瓶,通过送气喷嘴对熔池进行保护,直至熔覆完成;
激光熔覆工艺参数为:激光功率1000~1800W,扫描速度6~10mm/s,送粉速率为5~
15g/min,光斑直径3~4mm,保护气体氩气的流速5~15L/min;
(6)完成超声半固态辊锻复合激光熔覆成形过程,关闭激光器,过20~25秒再关掉超声发生器,取出熔覆工件试样。