超声波振动在辅助激光熔覆装置中的应用

超声波振动辅助激光熔覆（UALC）是一种复合增材制造技术。

该技术结合了激光熔覆和超声波振动的优势。通过引入二维振动（如XY方向），利用声流效应和空化效应改善熔池动力学，进一步改善熔覆层的微观组织、残余应力分布及表面质量，从而提升熔覆涂层质量。

一、装置优势

熔池优化——

声流效应：

超声波振动增强熔池对流，减少气孔、裂纹（孔隙率降低30%~50%）；

晶粒细化：

空化效应促进非均匀形核，熔覆层晶粒尺寸可细化至1~5μm。

界面强化——

降低基体-熔覆层热应力：

结合强度提升15%~40%；

抑制元素偏析：

尤其适用于高熵合金、陶瓷复合材料。

工艺稳定性——

抑制粉末飞溅：

送粉利用率提高10%~20%；

降低激光功率需求：

节能5%~15%。

二、装置核心组成

激光熔覆技术——

激光熔覆是一种先进的表面改性技术，通过高能量激光束将同步输送的合金粉末或丝材快速熔化；同时在基材表面形成冶金结合的熔覆层。

超声振动系统——

发生器+振动部分

在激光熔覆过程中施加高频机械振动；

显著改善熔池动态特性；

从根本上提升熔覆质量

三、装置类型

1、基板式振动（振动平台）

适用于小型样品测试、高校科研类场景

将超声波工具头前端与基板相连；

基板分为垂直、水平两种安装形式，激光头直接在基板表面开展熔覆焊接作业。

注：也可以一块基板安装多个换能器

2、非接触式振动

适用高表面要求工件、特殊环境类场景

借助超声波工具头释放振动气流，气流精准冲击熔池区域，以此辅助完成激光熔覆焊接。

3、接触式振动

适用于大型结构件、特定工艺类场景

通过直接与工件表面接触的振动工具头（如滚轮、圆头、圆锥状工具头）将振动传递至熔覆区域。

四、实际使用效果