[发明专利]一种基于协同脉冲激光能量诱导的脉冲电弧三维快速成形制造方法

摘要

本发明公开一种基于协同脉冲激光能量诱导的脉冲电弧三维快速成形制造方法，该方法设计了电弧电流脉冲与激光脉冲的协同工作模式，从而获得有利于三维快速成形制造的熔滴过渡模式和传热模式。利用脉冲激光与材料作用产生的激光等离子体抑制脉冲电弧的不稳定性，利用激光和电弧协同脉冲实现两种能量源的充分融合，并提高材料对热源能量的热吸收率，利用脉冲MIG电弧提供的热量，实现对自动同步送进的金属丝材的熔化，并形成熔滴，使其实现堆积成形，利用设计的脉冲MIG电弧脉冲模式实现相对较低的平均热输入，降低成形构件的内应力和热变形。利用本发明能够实现金属构件的三维快速成形制造，具有成形效率高、变形小、成形过程稳定、制造成本低等优点。

主权项

一种基于协同脉冲激光能量诱导的脉冲电弧三维快速成形制造方法，其特征在于，该方法利用脉冲电弧热源提供熔化金属丝材、形成熔滴和金属材料结构成形所需要的主要能量，借助脉冲激光能量抑制脉冲电弧的不稳定性，借助激光和电弧协同脉冲实现两种能量源的充分融合，并提高材料对热源能量的热吸收率，所述成形制造方法的步骤如下：(1)安装基板，并可靠装夹，水平固定；(2)调整脉冲MIG电弧焊枪，使脉冲电弧出射方向与铅垂面成0°～5°夹角；(3)调整激光出射方向，使其与脉冲电弧出射方向成15°～30°夹角；(4)校准脉冲MIG电弧焊枪与激光出射头相对位置，使出射金属丝与出射激光束位于同一平面，激光束斑在基板的作用点与金属丝材延长线相交，且以工作台前进方向为参照，激光出射头在前，脉冲MIG电弧焊枪在后；所述电弧脉冲电流主相位为射滴过渡电流脉冲，辅相位为短路过渡长时电流脉冲，一个脉冲电流周期包括三个射滴过渡电流脉冲和一个短路过渡长时电流脉冲，其中，短路过渡长时电流脉冲的持续时间与射滴过渡电流脉冲持续时间相同，由射滴过渡电流脉冲强制熔滴实现一脉一滴的射滴过渡，由短路过渡长时电流脉冲实现1～2个熔滴的短路过渡；所述激光脉冲包括主脉冲和后置尖峰脉冲，且激光脉冲与电弧脉冲协同，使激光脉冲周期与电弧脉冲周期一致，激光脉冲相位对应于电弧脉冲的短路过渡长时电流脉冲；(5)零件三维建模、分层切片，生成成形制造程序；(6)激光器工作，出射激光束，同时引弧使脉冲MIG电弧开始工作，金属丝材开始送丝，成形制造过程开始；(7)制造过程结束时，先关停激光束出射，再熄灭脉冲MIG电弧和停止送丝，并延迟停止保护气，结束全部制造流程。