超聲波輔助振動(dòng)平臺(tái)
- 公司名稱 杭州國(guó)彪超聲設(shè)備有限公司
- 品牌 國(guó)彪超聲
- 型號(hào)
- 產(chǎn)地
- 廠商性質(zhì) 生產(chǎn)廠家
- 更新時(shí)間 2025/4/23 16:23:46
- 訪問(wèn)次數(shù) 4
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超聲波發(fā)生器、超聲波焊接設(shè)備、超聲波液體處理設(shè)備、超聲波實(shí)驗(yàn)設(shè)備、超聲波檢測(cè)儀器以及自動(dòng)化設(shè)備配套等。
應(yīng)用領(lǐng)域 | 能源,電子/電池,汽車及零部件,電氣,綜合 |
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1. 技術(shù)概述
定義:
超聲波二維振動(dòng)激光熔覆是一種復(fù)合增材制造技術(shù),結(jié)合了激光熔覆(Laser Cladding)與超聲波振動(dòng)(Ultrasonic Vibration)的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)引入二維振動(dòng)(如XY方向),可進(jìn)一步改善熔覆層的微觀組織、殘余應(yīng)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(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)。
· 超聲波振動(dòng)裝置:超聲波發(fā)生器、換能器、變幅桿、二維振動(dòng)工作臺(tái)(或振動(dòng)頭)。
· 控制系統(tǒng):同步控制激光參數(shù)、振動(dòng)頻率/振幅及運(yùn)動(dòng)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(shí)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(yīng):超聲波在熔池中產(chǎn)生微空泡,破裂時(shí)釋放能量,細(xì)化晶粒。
o 聲流效應(yīng):促進(jìn)熔池內(nèi)對(duì)流,均勻化成分分布,減少氣孔/夾雜。
o 振動(dòng)輔助:二維振動(dòng)可打破枝晶生長(zhǎng)方向,進(jìn)一步細(xì)化組織,降低殘余應(yīng)力。
3. 技術(shù)特點(diǎn)
優(yōu)勢(shì):
· 改善微觀組織:晶粒尺寸顯著減?。蛇_(dá)納米級(jí)),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(yīng)力調(diào)控:振動(dòng)引入的塑性變形可抵消熱應(yīng)力,提高疲勞壽命。
· 涂層均勻性:二維振動(dòng)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(fù)雜(需優(yōu)化激光功率、掃描速度、振動(dòng)頻率/振幅等)。
· 超聲波裝置與激光頭的集成設(shè)計(jì)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(dòng)參數(shù):
o 頻率:20~40kHz(超聲波范圍)或低頻振動(dòng)(<1kHz)。
o 振幅:5~50μm(二維振動(dòng)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(yīng)用領(lǐng)域
· 航空航天:渦輪葉片耐磨涂層、高溫合金修復(fù)。
· 能源裝備:核電閥門(mén)密封面強(qiáng)化、燃?xì)廨啓C(jī)葉片修復(fù)。
· 汽車制造:發(fā)動(dòng)機(jī)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(jìn)展
· 2020年后文獻(xiàn)報(bào)道:
o 中國(guó)學(xué)者發(fā)現(xiàn)二維振動(dòng)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(guó)團(tuán)隊(duì)通過(guò)超聲振動(dòng)將316L不銹鋼涂層的疲勞壽命提升200%(《Additive Manufacturing》)。
· 未來(lái)方向:
o 多物理場(chǎng)耦合仿真(激光-超聲-熱力耦合)。
o 智能參數(shù)調(diào)控(AI實(shí)時(shí)優(yōu)化振動(dòng)與激光參數(shù))。
7. 參考文獻(xiàn)
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。