CN106987838B - 去除激光熔覆层气孔/夹杂物的激光熔覆装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于激光材料加工技术领域，具体涉及一种去除激光熔覆层气孔/夹杂物的激光熔覆装置，其包括工作台、设置在工作台前方的激光熔覆送粉器以及位于工作台上方的激光复合加工头，激光复合加工头包括电极、感应线圈、激光导光筒、磁体、工作磁极Ⅰ和工作磁极Ⅱ，磁体为工作磁极Ⅰ和工作磁极Ⅱ之间提供交变磁场作用于工件的表面，激光熔覆送粉器为工件表面添加激光熔覆材料，激光器输出激光束在工件表面进行激光熔覆。本发明还公开了一种去除激光熔覆层气孔/夹杂物的激光熔覆方法。本发明可以降低铝合金激光熔覆层中的气孔及非金属夹杂物，显著提高激光熔覆层的质量，具有重要的应用价值。

Description

去除激光熔覆层气孔/夹杂物的激光熔覆装置和方法

技术领域

本发明属于激光材料加工技术领域，更具体地，涉及一种去除激光熔覆层气孔/夹杂物的激光熔覆装置和方法。

背景技术

激光熔覆层中的气孔是常见缺陷，对熔覆层的质量有较大影响，产生气孔的原因较多，例如，采用粘结法预置涂层材料时，如果粘结剂选择不当，很容易产生激光熔覆气孔。即使在自动送粉的情况下，对于高碳合金、铜合金、铝合金等的激光熔覆，也容易出现熔覆层气孔。

目前，避免激光熔覆层气孔的方法有两种，第一种是采用B、Si等作脱氧剂的自熔合金，其优点是合金产生自保护作用，造渣少、效果好；其缺点是，B、Si有一定的副作用。第二种是惰性气体保护，这种方法的优点是不改变熔覆层正常的合金成分；缺点是，保护效果有限。

上述两种预防熔覆层气孔的方法主要适用于常用的合金钢，对于热导率较高的铜、铝合金，其激光熔覆层中的气孔问题一直难以解决，因为铜、铝合金激光熔覆层中的气孔主要是由氢引起的；而这类合金的导热性好，凝固速度快，熔池中的气体难以逸出，所以更容易形成气孔。以铝合金为例，其气孔形成机理为：高温时溶解于液体金属中的氢浓度较高(0.69ml/g)，低温时在固体中溶解的氢浓度急剧下降(0.036ml/g)，平衡状态下，铝合金在凝固前后的溶解度降低约20倍，这是铝合金焊缝中容易产生气孔的主要原因之一。

铝熔体中的非金属夹杂物以Al₂O₃为主，夹杂物对铝合金性能的影响体现在以下几个方面：①显著降低材料的力学性能及抗应力腐蚀能力；②在材料中形成夹渣、氧化膜等缺陷，降低产品质量；③吸附气体，并阻滞气体的扩散和析出，造成疏松和气孔。由于铝熔体中Al₂O₃等非金属夹杂物吸氢能力强，当吸附的氢原子增加时，就会在夹杂物表面汇集成气泡。非金属夹杂物Al₂O₃(密度3.96g/cm³)、MgO(密度3.58g/cm³)、SiO₂(密度2.65g/cm³)等在附着氢气泡以后，其密度与铝熔体(密度2.3～2.4g/cm³)相当，可以悬浮在熔体的不同位置。因此，铝合金中除氢的同时必须去除夹杂物。

目前，除了在真空箱或惰性气体腔室内进行激光熔覆、激光快速成形制造以外，大气环境下铝合金自动送粉激光熔覆层中的气孔仍然难以避免，而且情况比较严重。

此外，关于磁场对激光作用熔池中金属性能的影响，国内外学者也进行了有益的研究，O.Velde等研究了铝合金表面合金化过程中，静态磁场的洛仑兹力对熔池中Marangoni对流及溶质分布状态的影响。M.Bachmann等研究了永磁铁静态磁场和电磁铁交变磁场对改善铝合金焊缝截面和表面形貌，以及抑制焊接过程中的飞溅作用。2013年公开的发明专利“静态磁场-激光同轴复合熔覆方法及装置(申请号201310755461.5)”，通过静态磁场装置实现对激光所致熔池流动的平抑作用，从而达到调控凝固组织、改善熔覆层表面形貌、优化应力分布、减少熔覆过程中的飞溅现象等目的；2014年公开的发明专利“一种电-磁复合场协同激光熔覆的方法及装置(申请号201410392196.3)”，将外加电场和外加磁场同时耦合在工件中，使熔池区域的导电流体受到电-磁复合场的协同作用，调控激光熔覆过程中的传热传质行为，可实现熔池对流的趋向性控制，达到调控凝固组织、优化工件力学性能，调整溶质元素或外加硬质相分布、改善熔覆层表面形貌等目的；2012年公开的发明专利“一种交变磁场细化激光熔覆层凝固组织的方法及其装置(申请号：201210225593.2)”，通过在工件表面放置线圈装置，利用交变磁场改变熔覆层凝固组织形态，并细化晶粒。但上述研究均是在采用磁场来改善熔覆层自身的表面形貌和组织形态，减少飞溅等方面进行研究，并没有涉及去除激光熔覆层中的气孔和夹杂物。

由于存在上述缺陷和不足，本领域亟需做出进一步的完善和改进，设计一种去除去除激光熔覆层气孔/夹杂物的装置和方法，满足各类熔体在激光熔覆时的除杂需要。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种去除激光熔覆层气孔/夹杂的激光熔覆装置及方法，其采用基于特殊设计的交变磁场进行激光-感应复合熔覆，通过带电粒子在交变磁场中的感生电磁力，辅助去除熔覆层中的气孔、夹杂，可以显著降低铝合金激光熔覆层中的气孔及非金属夹杂物，显著提高激光熔覆层的质量，满足不同类型的工件激光熔覆的需要。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种去除激光熔覆层的气孔及夹杂物的激光熔覆装置，其特征在于，其包括工作台、设置在工作台前方的激光熔覆送粉器以及位于工作台上方的激光复合加工头，

其中，所述工件放置在工作台上，所述激光复合加工头包括电极、感应线圈、激光导光筒、磁体、工作磁极Ⅰ和工作磁极Ⅱ，所述工作磁极Ⅰ和工作磁极Ⅱ相对设置在所述磁体一端，且相互之间有一定间隙，所述激光导光筒和工件分别位于工作磁极Ⅰ及工作磁极Ⅱ之间间隙的正上方和正下方，所述工作磁极Ⅰ和工作磁极Ⅱ的底部与工件表面间隔一定距离，所述磁体另一端的横梁上包覆有感应线圈，所述感应线圈上的两端伸出与电极相连接，所述磁体为工作磁极Ⅰ和工作磁极Ⅱ之间提供交变磁场作用于工件的表面，

所述激光熔覆送粉器为工件表面添加激光熔覆材料，所述激光熔覆装置还包括激光器，所述激光器通过光路系统和激光导光筒输出激光束，所述激光束穿过工作磁极Ⅰ和工作磁极Ⅱ之间的间隙照射在工件表面进行激光熔覆。

具体地，激光熔覆送粉器通过送粉嘴向基体表面自动输送激光熔覆材料，在熔覆的同时进行补充，能够使材料逐步熔覆并能够使气体和夹杂物更容易从熔覆金属中排出。激光器通过光路系统向基体表面输出激光束进行激光熔覆，感应电源通过工作磁极向基体及熔覆层施加交变磁场，控制系统控制激光器、激光熔覆送粉器及感应电源的开、关及其工作时的相关工艺参数。

进一步优选地，该激光熔覆装置还包括数控系统和与电极相连的感应电源，所述数控系统控制激光器、激光熔覆送粉器、感应电源及工作台，所述感应电源控制工作磁极Ⅰ及工作磁极Ⅱ之间的交变磁场。采用数控系统和感应电源来进行控制，能够更精确地控制激光束的参数、送粉时间及送粉量，使交变磁场的变化满足除杂和去除气体的需要。

优选地，所述磁体的材料为硅钢片、铁氧体、坡莫合金或电工软铁，所述工作磁极Ⅰ和工作磁极Ⅱ与磁体之间的结构是同种材料形成的一体化结构，或是不同材料形成的分离结构。较多的比较试验表明，上述材料均具有较高的饱和磁化强度，且易磁化、易去磁，适合在交变磁场下使用。而根据需要将磁体与磁极进行一体化设计或分离结构设计，则能够满足不同情况的使用需要。

优选地，所述工作磁极Ⅰ和工作磁极Ⅱ之间间距a的范围为5～30mm；所述工作磁极Ⅰ和工作磁极Ⅱ底面与工件表面间距h的范围为0.5～15mm。较多的比较试验表明，将上述间距a和h控制在合适的范围内，能够在保证激光和激光熔覆送粉器的喷嘴顺利通过的前提下，尽可能地使工件表面处于交变磁场内，使气体和夹杂物更容易排出。

优选地，所述感应线圈是漆包线、电缆绕制的线圈或铜管绕制的线圈，感应线圈的每匝线圈之间电绝缘。

本发明还提供了一种去除激光熔覆层气孔/夹杂物的激光熔覆方法，其特征在于，其采用如上所述的去除激光熔覆层的气孔及夹杂物的激光熔覆装置，具体包括以下步骤：

S1.将准备好的工件进行机械打磨后清洗干净，固定在工作台上待用,同时将激光熔覆材料进行高温干燥脱水处理，冷却后放入激光熔覆送粉器中待用；

S2.打开激光熔覆装置中的激光器，将激光束聚焦在工件表面，激光熔覆送粉器将激光熔覆材料送至工作件表面的激光光斑处，同时开启感应电源，在工件表面的激光熔覆材料上施加交变磁场；

S3.设定激光束和交变磁场的工艺参数，开始激光熔覆，在激光熔覆的同时，激光熔覆送粉器同步将激光熔覆材料送至工件表面的激光光斑处进行补充，利用交变磁场产生的电磁力将激光熔覆层内的气孔和非金属夹杂物去除；

S4.待激光熔覆过程结束后，即刻关断激光器和感应电源。

进一步优选地，在步骤S1中，所述激光熔覆材料为粉末材料、丝状材料或片状材料；其化学成分是铝基材料、铜基材料、铁基材料、镍基材料、钴基材料或导电性良好的金属间化合物基材料。根据需要在上述形状和成分的激光熔覆材料选择合适的激光熔覆材料，能够满足不同类型工件的熔覆需要。

优选地，在步骤S3中，在交变磁场中进行激光熔覆时，工件表面的激光熔覆材料形成熔池，熔池中产生感生电流，带电金属液体因电磁场作用受到垂直向下的电磁力F_EM或F_E'_M，

F_EM＝J₀×B₀，F_E'_M＝J'₀×B'₀，

其中，B₀或B'₀为交变磁场中进行激光熔覆时的磁感应强度，J₀或J'₀为工件表面的熔池中产生感生电流。

优选地，步骤S3中，在激光熔覆过程中，熔池中产生的气泡在激光熔覆完成后形成气孔，熔池中的气泡及非金属夹杂物在熔池中产生与电磁力方向相反的上升力F_P，气泡或非金属夹杂物的最大逸出速度V_max与气泡或非金属夹杂物的直径d_p、磁感应强度B₀及交变磁场的频率f成正比；与金属熔体的粘度η成反比，与气泡或非金属夹杂物所处的深度值按指数关系递减。

具体地，所述交变磁场横向穿过熔池，并对熔池中的液态金属产生向下的电磁推力(洛伦兹力)；与此同时，利用熔池中气泡及非金属夹杂物与金属液体在导电率方面的差异，熔池中的气泡及非金属夹杂物由于导电率低，在熔池中产生相反的上升力F_P，这种上升力F_P可以促使它们从熔池中分离出来，从而提高激光熔覆层的质量。

优选地，在步骤S3中，在激光熔覆时，所述激光束和交变磁场的工艺参数为：激光功率P＝300～12000W，扫描速度V＝2～3500mm/s，激光光斑直径为D＝0.3～25mm；所述交变磁场强度B＝5～650mT，电流I＝3～330A，频率f＝2～124kHz；激光熔覆时采用惰性气体进行保护。较多的比较试验表明，将激光束和交变磁场的工艺参数控制在上述范围内，能够有效地进行激光熔覆，同时具有足够强度的磁场产生洛伦兹力，使气体和夹杂物顺利排出。而采用惰性气体进行氛围保护，能够避免熔覆层发生氧化产生新的夹杂物，从而提高装置的除杂效率。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

(1)本发明的激光熔覆装置采用基于特殊设计的交变磁场进行激光-感应复合熔覆，通过施加交变磁场横向穿过熔池，并对熔池中的液态金属产生向下的电磁推力(洛伦兹力)；与此同时，利用熔池中气泡及非金属夹杂物与金属液体在导电率方面的差异，熔池中的气泡及非金属夹杂物由于导电率低，在熔池中产生相反的上升力F_P，这种上升力F_P可以促使它们从熔池中分离出来，从而提高激光熔覆层的质量。

(2)本发明装置采用了一体化结构的激光复合加工头，该激光复合加工头将电极、感应线圈、工作磁极与激光导光筒等集成在一起，结构紧凑；通过特殊设计的磁体和两个工作磁极将交变磁场作用到工件表面的激光熔覆熔池，所述装置操作方便，实用性强，可以用于金属件的激光熔覆，激光熔凝、激光合金化或激光快速成形等方面。而激光熔覆送粉器通过送粉嘴向基体表面自动输送激光熔覆材料，在熔覆的同时进行补充，能够使材料逐步熔覆并使气体和夹杂物更容易从熔覆金属中排出。

(3)本发明选择合适的磁体材料，并将工作磁极之间的间距a和工作磁极与工件表面的间距h控制在合适的范围内，能够在保证激光和送粉器喷嘴顺利通过的前提下，尽可能地使工件表面处于足够强的交变磁场内，使气体和夹杂物更容易排出。

(4)本发明的方法将激光束和交变磁场的工艺参数控制在一定范围内，以便有效地进行激光熔覆，同时产生足够强的磁场和洛伦兹力，使气体和夹杂物顺利排出。而采用惰性气体进行氛围保护，能够避免熔覆层发生氧化产生新的夹杂物，从而提高装置的除杂效率；而根据需要选择合适的激光熔覆材料则能够满足不同类型工件的焊接需要；且该方法仅采用几个步骤，即可完成熔覆层的熔覆和去杂，步骤简单易操作，成本低廉。

(5)本发明的装置和方法简单易获得，可以显著降低铝合金激光熔覆层中的气孔及非金属夹杂物，显著提高激光熔覆层的质量，具有重要的应用价值。

附图说明

图1为本发明的去除激光熔覆层的气孔及夹杂物的激光熔覆装置的结构示意图；

图2本发明的激光熔覆装置的激光复合加工头原理图；

图3为本发明正向交变磁场下熔池中的电磁力方向示意图；

图4为本发明反向交变磁场下熔池中的电磁力方向示意图；

图5为本实施例1激光熔覆层的断面形貌；

图6为本实施例2激光熔覆层的断面形貌；

图7为本实施例3激光熔覆层的断面形貌；

图8为本实施例4激光熔覆层的断面形貌；

图9为本实施例5激光熔覆层的断面形貌；

图10为交变磁场下铝合金送粉激光熔覆层的气孔/夹杂率变化曲线图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1为本发明的去除激光熔覆层的气孔及夹杂物的激光熔覆装置的结构示意图，如图所示，其包括工作台9、设置在工作台9前方的激光熔覆送粉器11以及位于工作台9上方的激光复合加工头，

其中，所述工件8放置在工作台9上，所述激光复合加工头包括电极3、感应线圈4、激光导光筒5、磁体7、工作磁极Ⅰ7.1和工作磁极Ⅱ7.2，所述工作磁极Ⅰ7.1和工作磁极Ⅱ7.2相对设置在所述磁体7一端，且相互之间有一定间隙，所述激光导光筒5和工件8分别位于工作磁极Ⅰ7.1及工作磁极Ⅱ7.2之间间隙的正上方和正下方，所述工作磁极Ⅰ7.1和工作磁极Ⅱ7.2的底部与工件8表面间隔一定距离，所述磁体7另一端的横梁上包覆有感应线圈4，所述感应线圈4上的两端伸出与电极3相连接，所述磁体7为工作磁极Ⅰ7.1和工作磁极Ⅱ7.2之间提供交变磁场作用于工件8的表面，

所述激光熔覆送粉器11为工件8表面添加激光熔覆材料，所述激光熔覆装置还包括激光器1，所述激光器1通过光路系统和激光导光筒5输出激光束6，所述激光束6穿过工作磁极Ⅰ7.1和工作磁极Ⅱ7.2之间的间隙照射在工件8表面进行激光熔覆。

在本发明的一个优选实施例中，该激光熔覆装置还包括数控系统10和与电极3相连的感应电源2，所述数控系统10控制激光器1、激光熔覆送粉器11、感应电源2及工作台9，所述感应电源2控制工作磁极Ⅰ及工作磁极Ⅱ之间的交变磁场。

在本发明的另一个优选实施例中，所述磁体7的材料为硅钢片、铁氧体、坡莫合金或电工软铁，所述工作磁极Ⅰ7.1和工作磁极Ⅱ7.2与磁体7之间的结构是同种材料形成的一体化结构，或是不同材料形成的分离结构。

在本发明的另一个优选实施例中，所述工作磁极Ⅰ7.1和工作磁极Ⅱ7.2之间间距a的范围为5～30mm；所述工作磁极Ⅰ7.1和工作磁极Ⅱ7.2底面与工件8表面间距h的范围为0.5～15mm。

在本发明的另一个优选实施例中，所述感应线圈4是漆包线、电缆绕制的线圈或铜管绕制的线圈，感应线圈的每匝线圈之间电绝缘。

按照本发明的另一方面，提供了一种去除激光熔覆层气孔/夹杂物的激光熔覆方法，其特征在于，其采用如上所述的去除激光熔覆层的气孔及夹杂物的激光熔覆装置，具体包括以下步骤：

S1.将准备好的工件进行机械打磨后清洗干净，固定在工作台上待用,同时将激光熔覆材料进行高温干燥脱水处理，冷却后放入激光熔覆送粉器中待用；

S2.打开激光熔覆装置中的激光器，将激光束聚焦在工件表面，激光熔覆送粉器将激光熔覆材料送至工作件表面的激光光斑处，同时开启感应电源，在工件表面的激光熔覆材料上施加交变磁场；

S3.调整激光束和交变磁场的工艺参数，开始激光熔覆，在激光熔覆的同时，激光熔覆送粉器同步将激光熔覆材料送至工作件表面的激光光斑处进行补充，利用电磁力将激光熔覆层内的气孔和非金属夹杂物去除；

S4.待激光熔覆过程结束后，即刻关断激光器和感应电源。

在本发明的一个优选实施例中，在步骤S1中，所述激光熔覆材料为粉末材料、丝状材料或片状材料；其化学成分是铝基材料、铜基材料、铁基材料、镍基材料、钴基材料或导电性良好的金属间化合物基材料。

在本发明的另一个优选实施例中，在步骤S3中，按照图3和图4的方式特殊设置交变磁场，在交变磁场中进行激光熔覆时，工件表面的激光熔覆材料形成熔池，熔池中产生感生电流，带电金属液体因电磁场作用受到垂直向下的电磁力F_EM或F_E'_M，

F_EM＝J₀×B₀，F_E'_M＝J'₀×B'₀，

其中，B₀或B'₀为交变磁场中进行激光熔覆时的磁感应强度，J₀或J'₀为工件表面的熔池中产生感生电流。

在本发明的另一个优选实施例中，步骤S3中，在激光熔覆过程中，熔池中产生的气泡在激光熔覆完成后形成气孔，熔池中的气泡及非金属夹杂物在熔池中产生与电磁力方向相反的上升力F_P，气泡或非金属夹杂物的最大逸出速度V_max与气泡或夹非金属杂物的直径d_p、磁感应强度B₀及交变磁场的频率f成正比；与金属熔体的粘度η成反比，与气泡或非金属夹杂物所处的深度值按指数关系递减。

在本发明的另一个优选实施例中，在步骤S3中，在激光熔覆时，所述激光束和交变磁场的工艺参数为：激光功率P＝300～12000W，扫描速度V＝2～3500mm/s，激光光斑直径为D＝0.3～25mm；所述交变磁场强度B＝5～650mT，电流I＝3～330A，频率f＝2～124kHz；激光熔覆时采用惰性气体进行保护。

为更好地解释本发明，以下给出举个具体实施例：

实施例1

将100mm×10mm×10mm的铝合金基材表面进行机械打磨，并用无水乙醇清洗铝件表面，然后将其固定到工作台上；将配置好成分的铝合金粉末在真空炉中进行350℃保温2小时的干燥脱水处理，冷却后待用；将激光束聚焦之后，采用同步送粉方式进行激光熔覆处理，同时通氩气保护。采用光纤激光器，激光功率密度1.5×10³W/cm²，光斑直径5mm，扫描速度1m/mⅠn，两个工作磁极之间的间距a为20mm，工作磁极底面与工件表面的间距h为3mm，磁感应强度B＝0mT，电流I＝20A，频率f＝50kHz，交变磁场中的磁感应强度采用特斯拉计测量。

激光熔覆后得到熔覆层截面形貌如图5所示，其熔覆层气孔/夹杂率为7.5％。

实施例2

除了磁感应强度B外，实施例2的其它工艺参数均与实施例1相同，磁感应强度B＝11mT，激光熔覆后得到熔覆层截面形貌如图6所示，其熔覆层气孔/夹杂率为5.84％。

实施例3

除了磁感应强度B外，实施例3的其它工艺参数均与实施例1相同，磁感应强度B＝24mT，激光熔覆后得到熔覆层截面形貌如图7所示，其熔覆层气孔/夹杂率为4.00％。

实施例4

除了磁感应强度B外，实施例4的其它工艺参数均与实施例1相同，磁感应强度B＝35mT，激光熔覆后得到熔覆层截面形貌如图8所示，其熔覆层气孔/夹杂率为0.66％。

实施例5

除了磁感应强度B外，实施例5的其它工艺参数均与实施例1相同，磁感应强度B＝50mT，激光熔覆后得到熔覆层截面形貌如图9所示，其熔覆层气孔/夹杂率为0.33％。

实施例6

将100mm×10mm×10mm的铝合金基材表面进行机械打磨，并用无水乙醇清洗铝件表面，然后将其固定到工作台上；将配置好成分的铝合金粉末在真空炉中进行350℃保温2小时的干燥脱水处理，冷却后待用；将激光束聚焦之后，采用同步送粉方式进行激光熔覆处理，同时通氩气保护。采用光纤激光器，激光功率密度1.2×10⁴W/cm²，光斑直径25mm，扫描速度3500mm/s，两个工作磁极之间的间距a为30mm，工作磁极底面与工件表面的间距h为15mm，磁感应强度B＝5mT，电流I＝3A，频率2kHz，交变磁场中的磁感应强度采用特斯拉计测量。激光熔覆后得到的熔覆层气孔/夹杂率为6.5％。

实施例7

将100mm×10mm×10mm的铝合金基材表面进行机械打磨，并用无水乙醇清洗铝件表面，然后将其固定到工作台上；将配置好成分的铝合金粉末在真空炉中进行350℃保温2小时的干燥脱水处理，冷却后待用；将激光束聚焦之后，采用同步送粉方式进行激光熔覆处理，同时通氩气保护。采用光纤激光器，激光功率密度300W/cm²，光斑直径0.3mm，扫描速度2mm/s，两个工作磁极之间的间距a为5mm，工作磁极底面与工件表面的间距h为0.5mm，磁感应强度B＝650mT，电流I＝330A，频率124kHz，交变磁场中的磁感应强度采用特斯拉计测量。激光熔覆后得到的熔覆层气孔/夹杂率为0.35％。

图10为不同磁感应强度作用下铝合金送粉激光熔覆层的气孔/夹杂率变化曲线图。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种去除激光熔覆层中气孔/夹杂物的激光熔覆装置，其特征在于，其包括工作台（9）、设置在工作台（9）前方的激光熔覆送粉器（11）以及位于工作台（9）上方的激光复合加工头，

其中，工件（8）放置在工作台（9）上，所述激光复合加工头包括电极（3）、感应线圈（4）、激光导光筒（5）、磁体（7）、工作磁极Ⅰ（7.1）和工作磁极Ⅱ（7.2），所述工作磁极Ⅰ（7.1）和工作磁极Ⅱ（7.2）相对设置在所述磁体（7）一端，且相互之间有一定间隙，所述激光导光筒（5）和工件（8）分别位于工作磁极Ⅰ（7.1）及工作磁极Ⅱ（7.2）之间间隙的正上方和正下方，所述工作磁极Ⅰ（7.1）和工作磁极Ⅱ（7.2）的底部与工件（8）表面间隔一定距离，所述磁体（7）另一端的横梁上包覆有感应线圈（4），所述感应线圈（4）的两端伸出与电极（3）相连接，所述磁体（7）为工作磁极Ⅰ（7.1）和工作磁极Ⅱ（7.2）之间提供交变磁场作用于工件（8）的表面，

所述激光熔覆送粉器（11）为工件（8）表面添加激光熔覆材料，所述电极（3）的前方还设置有激光器（1），所述激光器（1）通过光路系统和激光导光筒（5）输出激光束（6），所述激光束（6）穿过工作磁极Ⅰ（7.1）和工作磁极Ⅱ（7.2）之间的间隙照射在工件（8）表面进行激光熔覆；

所述工作磁极Ⅰ（7.1）和工作磁极Ⅱ（7.2）之间间距a的范围为5～30mm；所述工作磁极Ⅰ（7.1）和工作磁极Ⅱ（7.2）底面与工件（8）表面间距h的范围为0.5～15mm；

在交变磁场中进行激光熔覆时，工件表面的激光熔覆材料形成熔池，熔池中产生感生电流，带电金属液体因电磁场作用受到垂直向下的电磁力

或/>

，

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，

其中，

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为交变磁场中进行激光熔覆时的磁感应强度，/>

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为工件表面的熔池中产生感生电流。

2.如权利要求1所述的激光熔覆装置，其特征在于，该激光熔覆装置还包括数控系统（10）和与电极（3）相连的感应电源（2），所述数控系统（10）控制激光器（1）、激光熔覆送粉器（11）、感应电源（2）及工作台（9），所述感应电源（2）控制工作磁极Ⅰ及工作磁极Ⅱ之间的交变磁场。

3.如权利要求1或2所述的激光熔覆装置，其特征在于，所述磁体（7）的材料为硅钢片、铁氧体、坡莫合金或电工软铁；所述工作磁极Ⅰ（7.1）和工作磁极Ⅱ（7.2）与磁体（7）之间的结构是同种材料形成的一体化结构，或是不同材料形成的分离结构。

4.如权利要求3所述的激光熔覆装置，其特征在于，所述感应线圈（4）是漆包线、电缆绕制的线圈或铜管绕制的线圈，感应线圈（4）的每匝线圈之间电绝缘。

5.一种去除激光熔覆层气孔/夹杂物的激光熔覆方法，其特征在于，其采用如权利要求1-4中任一项所述去除激光熔覆层中气孔及夹杂物的激光熔覆装置，具体包括以下步骤：

S1.将准备好的工件进行机械打磨后清洗干净，固定在工作台上待用，同时将激光熔覆材料进行高温干燥脱水处理，冷却后放入激光熔覆送粉器中待用；

S2.打开激光熔覆装置中的激光器，将激光束聚焦在工件表面，激光熔覆送粉器将激光熔覆材料送至工作件表面的激光光斑处，同时开启感应电源，在工件表面的激光熔覆材料上施加交变磁场；

S3.设定激光束和交变磁场的工艺参数，开始激光熔覆，在激光熔覆的同时，激光熔覆送粉器同步将激光熔覆材料送至工件表面的激光光斑处进行补充，利用交变磁场产生的电磁力将激光熔覆层内的气孔和非金属夹杂物去除；

S4.待激光熔覆过程结束后，即刻关断激光器和感应电源。

6.如权利要求5所述的激光熔覆方法，其特征在于，在步骤S1中，所述激光熔覆材料为粉末材料、丝状材料或片状材料；其化学成分是铝基材料、铜基材料、铁基材料、镍基材料、钴基材料或导电性良好的金属间化合物基材料。

7.如权利要求5或6所述的激光熔覆方法，其特征在于，在步骤S3中，在交变磁场中进行激光熔覆时，工件表面的激光熔覆材料形成熔池，熔池中产生感生电流，带电金属液体因电磁场作用受到垂直向下的电磁力

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其中，

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为交变磁场中进行激光熔覆时的磁感应强度，/>

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为工件表面的熔池中产生感生电流。

8.如权利要求7所述的激光熔覆方法，其特征在于，步骤S3中，在激光熔覆过程中，熔池中产生的气泡在激光熔覆完成后形成气孔，熔池中的气泡及非金属夹杂物在熔池中产生与电磁力方向相反的上升力F_P，气泡或非金属夹杂物的最大逸出速度V_max与气泡或夹杂物的直径d_p、磁感应强度B₀及交变磁场的频率f成正比；与金属熔体的粘度η成反比，与气泡或非金属夹杂物所处的深度值按指数关系递减。

9.如权利要求8所述的激光熔覆方法，其特征在于，在步骤S3中，在激光熔覆时，所述激光束和交变磁场的工艺参数为：激光功率P=300～12000W，扫描速度V=2～3500mm/s，激光光斑直径为D=0.3～25mm；所述交变磁场强度B=5～650mT，电流I=3～330A，频率f=2～124kHz；激光熔覆时采用惰性气体进行保护。

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