Plataforma de vibración asistida por ultrasonido

1. Visión general de la tecnología

Definición:
El revestimiento láser vibrante bidimensional ultrasónico es una tecnología de fabricación de aditivos compuestos, combinada con el revestimiento láser.Revestimiento láser) con vibración ultrasónica..Vibración ultrasónica) ventaja. Mediante la introducción de vibraciones bidimensionales (por ejemploXYDirección), lo que puede mejorar aún más la microestructura, la distribución de tensión residual y la calidad de la superficie de la capa de revestimiento.

Composición básica:

·Sistema de revestimiento láser: láseres de alta potencia (como láseres de fibra óptica), sistemas de alimentación de polvo (polvo o seda), plataformas de control de movimiento.

·Dispositivo de vibración ultrasónica: generador ultrasónico, sensor, barra de amplitud, Mesa de trabajo de vibración bidimensional (o cabeza de vibración).

·Sistema de control: control simultáneo de los parámetros láser y la frecuencia de vibración/.Amplitud y trayectoria de movimiento.

2. Principios técnicos

·Revestimiento láser: el haz láser derrite la superficie del sustrato para formar una piscina fundida, mientras transporta polvo metálico para formar un recubrimiento metalúrgico.

·Acción ultrasónica:

oEfecto de la cavidad: la onda ultrasónica produce microburbujas en la piscina fundida, libera energía cuando se rompe y refina el grano.

oEfecto de flujo acústico: promover la convección en la piscina fundida, homogeneizar la distribución de la composición y reducir los poros/.Mezcla.

oAsistencia a la vibración: la vibración bidimensional puede romper la dirección de crecimiento de la dendrita, refinar aún más la estructura y reducir el estrés residual.

3. Características técnicas

Ventaja:

·Mejorar la microestructura: el tamaño del grano se reduce significativamente (hasta el nivel nanométrico) y se mejora la dureza y la resistencia al desgaste.

·Reducir defectos: reducir la tasa de poros (se puede reducir)30% a 50%), sensibilidad a la grieta.

·Regulación del estrés residual: la deformación plástica introducida por la vibración puede compensar el estrés térmico y mejorar la vida de fatiga.

·Uniformidad del recubrimiento: la vibración bidimensional hace que el espesor de la capa de revestimiento sea más consistente, la rugosidad de la superficie..Ra) puede reducirse20% a 40%.

Desafío:

·Los parámetros del proceso son complejos (es necesario optimizar la Potencia láser, la velocidad de escaneo y la frecuencia de vibración)./.Amplitud, etc.).

·El diseño integrado del dispositivo ultrasónico y la cabeza láser es difícil.

·El costo es más alto que el revestimiento láser tradicional.

4. Parámetros clave del proceso

·Parámetros láser: potencia500 ~ 3000W), diámetro del punto de luz0,5 ~ 3 mm), velocidad de escaneo..5 ~ 20 mm / s).

·Parámetros de vibración:

ofrecuencia20 ~ 40kHz(rango de ultrasonido) o vibración de baja frecuencia..< 1 kHz).

oAmplitud:5 ~ 50 μm(la vibración bidimensional debe coincidir con la directividad).

·Selección de materiales: aleaciones a base de níquel (por ejemploInconel 625), aleación a base de cobalto, acero inoxidable, aleación de titanio, etc.

5. áreas de aplicación

·Aeroespacial: recubrimiento resistente al desgaste de la hoja de la turbina, reparación de aleación de alta temperatura.

·Equipos energéticos: refuerzo de la superficie de sellado de la válvula de energía nuclear y reparación de la hoja de la turbina de gas.

·Fabricación de automóviles: remanufactura de componentes del motor.

·Dispositivos médicos: recubrimiento funcional en la superficie del implante de aleación de titanio.

6. Avances en la investigación

·2020Reportaje documental después del año:

oEstudiosos chinos han descubierto que la vibración bidimensional puede hacerTi6Al4VEl tamaño del grano de la capa de revestimiento es de50 μmBajar10 μmEl siguiente (, "Revista de Tecnología de Procesamiento de Materiales) ".

oEl equipo alemán vibrará por ultrasonido316LAumenta la vida útil de fatiga de los recubrimientos de acero inoxidable200%(".Fabricación Aditiva) ".

·Dirección futura:

oSimulación de acoplamiento de campo físico múltiple (láser)-ultrasonido-Acoplamiento térmico).

oRegulación inteligente de parámetros..IAOptimizar los parámetros de vibración y láser en tiempo real).

7. Referencias

1. Zhang et al. (2021). Efecto de la vibración ultrasónica sobre la microestructura y las propiedades del Inconel 718 revestido con láser.Materiales y diseño.

2. Wang et al. (2022). «Revestimiento láser asistido por vibración 2D: un nuevo enfoque para la reducción de la tensión residual».Journal of Manufacturing Processes (en inglés).