[发明专利]一种等离子与激光复合的增材制造方法

说明书

本发明公开了一种等离子与激光复合的增材制造方法，它是按照先等离子熔覆波浪形耐磨带，之后接着激光熔覆不锈钢软质粘结带的循环次序，在耐磨带之间激光熔覆软质波浪形的粘结带，耐磨带和粘结带之间形成搭接区，最终在工作表面形成完整的强韧兼备的、软硬交错相间的波浪结构的的表面层。这样激光熔覆软质粘结带时，可以消减因等离子熔覆形成的残余应力；激光熔覆带冷却时，将残余的拉应力转移到了软质粘结带上，由于软质带的粉末与耐磨带中的非陶瓷相粉末相同，其塑性好，可以通过微量变形释放部分拉应力，同时实现与耐磨带强有力的结合，避免了耐磨带区域的脆性裂纹。

技术领域

本发明涉及金属材料加工技术领域，特别是针对海洋平台、轨道交通用的铝合金、铜合金、钛合金等部件，其表面硬度低，需要通过增材制造等方式在表面进行异材复合，提高硬度、耐磨性等。但因其对激光吸收率低，制造效率低，难以在表面实现高效率高质量的增材制造，而且材料的耐磨性、强韧性难以兼顾。

背景技术

在海洋、轨道交通、航空航新能源、冶金等领域，高强铝合金、铜合金、钛合金的应用越来越广泛。因为工况复杂、工件形状复杂，单一材料难以满足需要，因此通过焊接加工、再制造表面强化，提高材料的性能，需求越来越迫切。目前，采用激光或者等离子技术进行异材焊接、表面再制造，已经在很多领域广泛应用。然而，对于大型工件，特别是有色金属件，单一的激光束或等离子束，一是在高效率、低变形、高质量焊接或者表面再制造方面，仍然不能满足需求，二是残余应力对于运动和动力部件，特别是在腐蚀环境下，严重影响疲劳寿命。因此，采用激光和等离子复合热源，综合二者的优点，同时对焊缝及再制造表面进行应力消除，有望解决上述矛盾。比如：

中国专利申请号202111043799.9公布了一种激光-等离子复合切割喷嘴、切割装置和方法及应用，该申请技术方案可改善复合热源切割过程中复合能效低的问题，可以使金属板材的切割速度提高约30-40％。

中国专利申请号：CN202110988261.9，公布了一种耐磨耐腐蚀球体加工工艺，采用等离子熔覆技术将耐磨涂层原料包覆在氧化球体表面，然后进行激光重熔，得到耐磨球体，保证多层复合的紧密性和稳定性，有效提高球体的耐磨耐腐蚀性能。

中国专利申请号202111374700.3公布了一种异种金属拼焊板的焊接方法，采用激光-电弧复合熔化焊的方法实现镁合金/预置纯Ni过渡层钢的冶金连接，可以实现焊缝的高精度焊接。

中国专利申请号202110213329.6公布了一种金属增材制造逐层激光-超声-等离子体复合清洗方法及装置，具有在线监测系统，反馈当前层是否有杂质和/或缺陷，若有则采用等离子体冲击、超声振动、激光重熔等方式清洗修补，否则继续下一层材料制造，直至零件生产完毕。该发明能够直接地处理零件内部微观缺陷，克服传统缺陷修复方法无法在线处理的难题，实现高精度在线缺陷处理，从而提高金属增材制造的产品质量。

中国专利申请号202011556530.6，公布了一种激光-等离子弧复合切割与焊接加工装置及加工方法，包括激光穿过的中心通道、气体喷嘴和布置在气体喷嘴内部的等离子喷嘴、切割电极和焊接电极等。

中国专利申请号202011472406.1公布了一种等离子激光复合熔覆系统，减少了热输入、降低了热应力，提高了涂层成型精度和效率。

中国专利申请号202011261540.7公布了一种激光增材与激光冲击同步复合制造方法及系统，该系统包括激光增材制造模块和激光冲击模块，在激光增材制造过程中，将激光冲击模块产生的一束聚焦的激光实时作用在熔池表面、熔池后沿糊状区和高温凝固区表面，通过等离子体诱导产生的冲击波搅拌熔池、破坏糊状区的粗大枝晶、诱导高温凝固区残余应力，从而加剧熔池对流改善温度梯度、增大糊状区的形核率、缓解高温凝固区的裂纹等缺陷。因此，通过激光增材与激光冲击同步复合的力热耦合效应，可以获得高性能金属零件的高效激光增材制造。