[发明专利]一种增材制造零件T型结构双激光束双侧焊接装置与方法

说明书

本发明公开了一种增材制造零件T型结构双激光束双侧焊接装置与方法，所述增材制造零件T型结构双激光束双侧焊接装置由机器人系统、激光焊接系统、送丝系统、保护气系统和在线监控系统组成，所述方法对增材制造零件T型结构实施双激光束双侧同步焊接。该发明可以实现两种形式的异种结构焊接：选区激光熔化件与激光金属沉积件的焊接；选区激光熔化件与锻造件激光焊接。该发明的优势如下：能够同时兼容复杂和大型结构件制造需求；双激光束双侧同步焊接具有功率密度高、焊接变形小以及热影响区小等特点；本装置易于自动化控制，焊接效率、重复性、再现性高，可以提高产品质量的稳定性。

技术领域

本发明属于激光焊接技术领域，具体涉及一种增材制造零件T型结构双激光束双侧焊接装置与方法。

背景技术

选区激光熔化(SLM)增材制造基于离散-堆积原理，把复杂的三维制造转化为一系列二维制造的叠加，可以在不用模具的条件下制造形状复杂的结构件，因此适合形状复杂结构件的小批量快速制造。选区激光熔化工艺采用激光束做热源，采用金属粉末做原材料，制造过程能量控制精确且构件成形精密，已经在航空航天、轨道交通、海洋工程等领域具体应用。

为了防止金属熔池在高温下氧化，目前SLM工艺在真空或者充满惰性气体的密封舱体中实施。因此SLM件的尺寸受密封舱体积直接限制，有时不能满足大型复杂结构件的制造需求。面向未来大型复杂结构件的潜在需求，针对目前SLM件尺寸受密封舱体限制的难题，提出一种增材制造零件T型结构双激光束双侧焊接装置与方法。该方法包含两种连接形式：SLM件与激光金属沉积件的激光焊接，从而实现大型复杂零件增材制造；SLM件与锻造件激光焊接，从而实现大型增材制造结构的总装。该发明的优势如下：对SLM制造的复杂零件实施焊接加工，从而能够同时兼容复杂和大型结构件制造需求；双激光束双侧同步焊接具有功率密度高、焊接变形小以及热影响区小等特点；易于自动化控制，焊接效率、重复性、再现性高，可以提高产品质量的稳定性。

发明内容

本发明提供一种增材制造零件T型结构双激光束双侧焊接装置与方法，目的在于克服现有技术存在加工效率低的问题。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种增材制造零件T型结构双激光束双侧焊接装置，其特征在于，包括由龙门架、六轴机器人、送丝机、输气管、气瓶、底板、导丝嘴、喷嘴、显示器、工控机、工作台、高速摄影仪、金属丝材、激光器、立板、光纤、激光头组成，所述方法对增材制造零件T型结构实施双激光束双侧同步焊接。其中：龙门架和六轴机器人组成龙门架悬挂六轴机器人系统，激光器、光纤和激光头组成激光焊接系统，送丝机、金属丝材和导丝嘴组成送丝系统，气瓶、输气管和喷嘴组成保护气系统，工控机、高速摄影仪和显示器组成在线监控系统。

本发明中，T型接头由底板和立板组成。底板和立板的制备工艺不同，底板和立板的材料可以是钛合金或者铝合金。其中，立板通过选区激光熔化增材制造制备而成的形状复杂构件，底板通过激光金属沉积或者锻造制备而成。当底板是激光金属沉积零件时，可以实现大型复杂零件制造；当底板是锻造零件时，可以实现大型构件的安装。

本发明中，六轴机器人、送丝机、输气管、气瓶、导丝嘴、喷嘴、高速摄影仪、金属丝材、光纤、激光头等装置均为2套，并且呈现对称分布。

本发明中，六轴机器人悬挂在龙门架的横梁上面，六轴机器人和龙门架的运动轨迹可以独立控制。工控机可以控制激光器的输出功率、龙门架的运动轨迹、六轴机器人的运动轨迹。

本发明中，送丝机的送丝速度可以调节，金属丝材可以是钛合金或者铝合金，导丝嘴放置在激光头前方，导丝嘴与激光头的夹角为30°；气瓶的流量可以调节，气瓶的气体可以是氩气或者氦气。

本发明中，焊接过程中高速摄影仪可以拍摄金属熔滴过渡过程，并且把拍摄图像实时传递到工控机，最后在显示器上面显示。