[发明专利]等离子电弧与激光复合热源并行双丝超宽熔池增材方法

说明书

本发明公开了等离子电弧与激光复合热源并行双丝超宽熔池增材方法，包括以下具体步骤：步骤1，调整电弧焊枪和激光出射头的相对位置，并设定电弧电流脉冲与激光脉冲的协同工作模式，在并列双丝熔池后方附加一道扫描激光热源；激光热源扫描包含两个电弧熔池，根据各熔池大小设置激光宽度使得两个熔池能后合并到形成超宽超薄熔池；本发明相对于现有技术相比，具有显著优点如下：本发明产生声频或超声频振荡，焊道成形质量更好、成形精度更高，且两同行熔池沿着激光扫描区域合并成一道超宽超薄熔池，可以加速熔池中气体逸出，减少宏、微观孔隙，增材效率大幅提升。

技术领域

本发明属于三维成形制造技术领域，具体为等离子电弧与激光复合热源并行双丝超宽熔池增材方法。

背景技术

现代增材制造(3D打印)技术是以计算机辅助设计、材料加工与成形为基础，通过软件与数控系统将专用的金属材料、非金属材料逐层堆积建造，最终制造出结构性能优异的实物产品的先进制造技术。经过短短数十余年的时间，这一技术已取得了飞速发展，在航空航天、微小结构制造、生物医学工程等诸多领域的应用前景十分广阔。

增材制造优势在于制造周期短、适合单件个性化需求、大型薄壁件制造、钛合金等难加工易热成形零件制造、结构复杂零件制造，在航空航天、机械制造等领域，产品开发阶段，计算机外设发展和创新教育上具有广阔发展空间。目前，增材制造技术是传统大批量制造技术的一个补充，相对于传统制造技术还面临许多新挑战和新问题。金属构件的增材制造应用于产品研发，还存在使用成本高、制造效率低、制造精度尚不能令人满意等问题，所以本文通过双丝增材实现超宽焊道增材提高效率，引入激光热源稳定焊道成形质量，具有非常良好的现实意义和经济意义。

电弧增材制造技术具有成本低、效率高、可控参数多、力学性能良好、金属材料的适用性好等优点，但是也存在一些需要解决的问题：成型精度与净成型零件有一定的差距、残余应力较大、熔池可控性不好等。在传统焊接技术中，熔化极气体保护焊具有焊接焊接电流大、焊接效率较高等优点，但电弧不稳定，成形过程中熔池容易外溢和塌陷；非熔化极气体保护焊焊接稳定，但焊接电流小，焊接效率低。

电弧用于增材制造具有热效率高、熔滴沉积率高等优点，但电弧的热输入较高，容易造成金属结构内部晶粒组织粗大。开放的气体保护电弧作用环境也容易在成形过程形成气孔缺陷。脉冲激光热源具有单脉冲功率高、平均热输入低、能量密度大等特点。将这两种热源结合用于增材制造，为实现降低制造成本、提升制造效率、保证制造质量带来了新的可能。同时运用激光热源的稳定性来稳定焊道提高成形质量，双丝同时进行增材实现超宽焊道的同时还大大提高效率。

发明内容

本发明的目的在于提供等离子电弧与激光复合热源并行双丝超宽熔池增材方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

等离子电弧与激光复合热源并行双丝超宽熔池增材方法，包括以下具体步骤：

步骤1，调整电弧焊枪和激光出射头的相对位置，并设定电弧电流脉冲与激光脉冲的协同工作模式，在并列双丝熔池后方附加一道扫描激光热源；激光热源扫描包含两个电弧熔池，根据各熔池大小设置激光宽度使得两个熔池能后合并到形成超宽超薄熔池；

步骤2，调试好设备的电流电压，选定电弧功率、气体种类和气流量、送丝方式和送丝速度以及增材速度参数；

步骤3，选用不锈钢作为基板，并用砂轮机对基板表面需要增材的区域进行一段时间的打磨，去除表面的一些污渍和用丙酮或酒精擦洗去除氧化层；然后给基板进行预热，使基板整体温度均匀达到预定温度。

步骤4，启动增材成形制造程序，引弧使电弧开始工作、金属丝材开始送丝，形成一定宽度的熔池，同时激光器工作，出射特定参数的激光束；

步骤5，让等离子电弧以及激光束扫描按照预定好的路线不断前进增材，直到形成一道完整的超宽焊道；