[發(fā)明專利]一種電弧熔積激光沖擊鍛打增材制造方法和裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710353741.1
• 申請(qǐng)日: 2017-05-18
• 公開（公告）號(hào): CN107283059B
• 公開（公告）日: 2019-10-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張永康;楊智帆;張崢;關(guān)蕾
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B23K26/348
• 分類號(hào): B23K26/348;B23K9/04;B23K9/095;B23K26/356;B23K26/0622;B23K26/70
• 代理公司: 廣東廣信君達(dá)律師事務(wù)所 44329
• 代理人: 楊曉松

本發(fā)明公開了一種電弧熔積激光沖擊鍛打增材制造方法，包括以下步驟：1)通過(guò)控制電弧焊接裝置移動(dòng)并熔積金屬，形成焊層；2)通過(guò)溫度傳感器對(duì)焊層的電弧熔積金屬區(qū)域的溫度進(jìn)行采集，將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到控制器，控制器控制激光發(fā)生器對(duì)處于易塑性形變溫度的電弧熔積金屬區(qū)域進(jìn)行同步?jīng)_擊鍛打；3)重復(fù)步驟2)和3)，焊層逐層堆疊形成工件。還提供了一種電弧熔積激光沖擊鍛打增材制造裝置。本發(fā)明具在零件制造過(guò)程中細(xì)化金屬晶粒和優(yōu)化顯微組織，避免普通電弧增材制造成型金屬零件可能出現(xiàn)的如氣孔、未融合和縮松等內(nèi)部缺陷，同時(shí)也提高了金屬零件的綜合機(jī)械力學(xué)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種增材制造方法和裝置，尤其是指一種電弧熔積激光沖擊鍛打增材制造方法和裝置。

背景技術(shù)

區(qū)別于傳統(tǒng)的“去除型”制造，“增材制造”不需要原胚和模具，基于計(jì)算機(jī)圖形數(shù)據(jù)，通過(guò)增添材料的方法生成任何形狀的物體。與傳統(tǒng)制造方法相比，可高效率、低成本成形高性能復(fù)雜難加工零件，因此在航空航天、汽車、模具、生物醫(yī)療等高端制造領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。根據(jù)載能束的區(qū)別，金屬增材制造可分為激光、電子束和電弧三類。電弧增材制造技術(shù)適于大尺寸且形狀較復(fù)雜構(gòu)件的低成本、高效快速成形，是與目前發(fā)展較成熟的激光、電子束增材制造方法優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的增材成形技術(shù)。

電弧增材制造過(guò)程是通過(guò)高溫液態(tài)金屬熔滴搭接向成形件表面平穩(wěn)過(guò)渡的方式逐層累積焊層而形成三維實(shí)體零件的，隨著堆焊層數(shù)的增加，已成形表面層受到移動(dòng)熱源往復(fù)熱作用，成形件熱積累增大，散熱條件變差，零件截面不同部位傳熱效率不同，芯部材料冷卻慢，表層材料冷卻較快，在這種條件下移動(dòng)熔池的快速凝固收縮、循環(huán)加熱及非均勻冷卻下的非平衡固態(tài)相變過(guò)程中，零件內(nèi)產(chǎn)生復(fù)雜熱應(yīng)力、應(yīng)力集中和變形，嚴(yán)重影響零幾何尺寸和力學(xué)性能，導(dǎo)致零件嚴(yán)重翹曲變形和開裂。另外，工藝參數(shù)、外部環(huán)境和熔池狀態(tài)的變化都可能在零件內(nèi)部局部區(qū)域產(chǎn)生各種特殊的冶金缺陷，例如，氣孔、未熔合、裂紋和縮松等。這些內(nèi)部缺陷是承力結(jié)構(gòu)件致命的疲勞萌生源，其影響最終成形零件的內(nèi)部質(zhì)量、力學(xué)性能及構(gòu)件的服役使用安全。因此，如何在通過(guò)金屬增材制造金屬零件時(shí)，盡量避免氣孔、未融合和縮松等缺陷問(wèn)題，同時(shí)提高成形零件的機(jī)械力學(xué)性能，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問(wèn)題。

中國(guó)專利CN 103305828 A一種超聲沖擊強(qiáng)化激光熔覆層的裝置及其方法，首先采用第一束激光對(duì)金屬粉末進(jìn)行熔敷，一道激光熔敷層制備完成后，再利用超聲槍對(duì)激光熔覆層進(jìn)行超聲沖擊，如此交替，完成零件制備。金屬材料在再結(jié)晶溫度時(shí)具有良好的塑形，該方法的本質(zhì)是一道熔敷層完全凝固，冷卻至再結(jié)晶溫度之下才開始進(jìn)行超聲沖擊強(qiáng)化，此時(shí)熔敷層中已經(jīng)產(chǎn)生的冷裂紋的消除幾乎不起作用，且同一熔敷層不同位置的溫度完全不同，采用超聲沖擊處理時(shí)難以實(shí)現(xiàn)提升機(jī)械性能和消除殘余應(yīng)力的均勻化處理。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的之一在于針對(duì)上述問(wèn)題，提供一種電弧熔積激光沖擊鍛打增材制造方法，該方法能優(yōu)化金屬零件材料顯微組織，避免氣孔、未融合和縮松等內(nèi)部缺陷的產(chǎn)生，同時(shí)提高金屬零件的機(jī)械力學(xué)性能。

本發(fā)明的目的之二在于提供一種電弧熔積激光沖擊鍛打增材制造裝置。該裝置能實(shí)現(xiàn)對(duì)零件進(jìn)行電弧熔積激光沖擊鍛打，而高效、高質(zhì)量和穩(wěn)定可靠地完成“鍛打約束”成形。

本發(fā)明的目的之一可采用以下技術(shù)方案來(lái)達(dá)到：

一種電弧熔積激光沖擊鍛打增材制造方法，包括以下步驟：

1)通過(guò)控制電弧焊接裝置移動(dòng)并熔積金屬，形成焊層；

2)通過(guò)溫度傳感器對(duì)焊層的電弧熔積金屬區(qū)域的溫度進(jìn)行采集，將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到控制器，控制器控制激光發(fā)生器對(duì)處于易塑性形變溫度的電弧熔積金屬區(qū)域進(jìn)行同步?jīng)_擊鍛打；

3)重復(fù)步驟2)和3)，焊層逐層堆疊形成工件；