[发明专利]激光-冷金属过渡电弧同轴复合增材制造装置及方法

说明书

本发明提供一种激光‑冷金属过渡电弧同轴复合增材制造装置，包括激光器、CMT焊接电源、以及复合焊接头，复合焊接头包括具有内腔的固定座、CMT焊枪、以及安装在内腔中的分光镜和至少两个反射聚焦镜，固定座上开设有光束入口和光束出口，分光镜将入射激光光束分成至少两束反射激光光束，反射聚焦镜将反射激光光束反射成聚焦激光光束；多束聚焦激光光束的末端聚焦有聚焦激光光斑、且形成中空区域，聚焦激光光斑、CMT焊枪的焊枪喷嘴、以及中空区域同轴线设置。本申请将CMT电弧斑点与聚焦激光光斑同轴复合成对称复合热源，使得焊接过程不受焊接方向的影响，进而方便地用于复杂曲面焊接、三维焊接、复杂零件的增材制造等。

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，特别是涉及一种激光-冷金属过渡电弧同轴复合增材制造装置及方法。

背景技术

激光-电弧复合焊接结合了激光和电弧两个独立热源各自的优点，比如：激光热源具有高的能量密度、极优的指向性、及透明介质传导的特性，电弧等离子体具有高的热-电转化效率、低廉的设备成本的运行成本、技术发展成熟等优势，故激光-电弧复合焊接极大程度地避免了二者各自的缺点，比如：金属材料对激光的高反射率造成的激光能量损失、激光设备高的设备成本、低的电-光转化效率等，电弧热源较低的能量密度、高速移动时放电稳定性差等，同时，激光焊接和电弧焊接的有机结合还衍生出了很多新的特点：高能量密度、高能量利用率、高的电弧稳定性、较低的工装准备精度以及待焊接工件表面质量等，故激光-电弧复合焊接成为具有极大应用前景的新型焊接热源。

目前，激光-电弧复合焊接技术主要使用MIG/MAG与激光复合，但MIG/MAG存在热输入量大、变形严重、飞溅无法避免等缺陷。而冷金属过渡技术CMT(Cold Metal Transfer)是Fronius公司在研究薄板焊接、无飞溅过渡技术及铝与钢异种金属连接技术基础上逐渐发展和成熟起来的一门新的焊接技术，CMT焊接方法由于具有更快的焊接速度，更好的搭桥能力，更小的变形，更均匀一致的焊缝，并且没有飞溅等优点，拓展了普通MIG/MAG焊所不能涉及的领域。但是，单纯使用CMT焊接时，由于CMT电弧焊的熔池温度相对较低，在采用多层多道焊时，易出现未熔合或夹渣等缺陷；且采用纯Ar保护的CMT电弧焊接不锈钢、镍基合金或高强钢时，存在电弧飘动，挺度不足，焊接过程不稳定等问题，对焊接质量有不利的影响。

针对上述问题，公开号为CN101811231B的中国发明专利公开了一种激光-CMT复合焊接工艺，针对CMT弧焊焊缝铺展性不佳以及纯Ar保护的CMT电弧焊接存在的不足，在充分利用CMT电弧热输入低、飞溅小、焊缝变形小，焊接冶金质量高的优点的基础上，将CMT电弧焊接与激光焊接相结合，利用复合热源中激光的作用，克服了CMT电弧焊方法的不足，得到高质量的焊接。但是，根据其说明书及附图的记载，激光束的光斑与CMT电弧的斑点之间中心间距L为0-8mm，或者说，CMT电弧位于激光束的外围侧，这种复合焊接方法依然存在以下缺点：1、CMT电弧热源和激光热源两者之间为非对称性，受焊接方向影响较大，难以用于复杂曲面或三维焊接；2、CMT电弧斑点与激光束聚焦光斑之间的相互位置关系在实际应用时不易保持稳定，对焊接过程稳定性影响大。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种激光-冷金属过渡电弧同轴复合增材制造装置，其容易控制CMT电弧斑点与激光束聚焦光斑之间的相互位置、并可避免焊接方向对焊接过程的影响。