[發(fā)明專利]雙激光束熔敷成形沖擊鍛打復(fù)合增材制造方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811260001.4
• 申請(qǐng)日: 2018-10-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111098033A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-05-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳云
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 陳云
• 主分類號(hào): B23K26/342
• 分類號(hào): B23K26/342;B23K26/356;B33Y10/00
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• 代理人: 暫無(wú)信息

1.雙激光束熔敷成形沖擊鍛打復(fù)合增材制造方法，其特征在于，包括如下步驟：

所述雙激光束熔敷成形沖擊鍛打復(fù)合增材制造是指兩束不同功能的激光束同時(shí)且相互協(xié)同制造金屬零件的過(guò)程；第一束連續(xù)激光利用熱效應(yīng)對(duì)金屬粉末進(jìn)行熔敷，與此同時(shí)第二束短脈沖激光直接作用在鍛造溫度范圍內(nèi)的熔敷金屬表面，金屬表層吸收激光束能量后氣化電離形成沖擊波，利用第二束短脈沖激光沖擊波力學(xué)效應(yīng)對(duì)處于鍛造溫度范圍內(nèi)的熔敷層進(jìn)行沖擊鍛打；

同軸送粉量由送粉器監(jiān)測(cè)與控制，同軸送粉量決定了熔敷區(qū)厚度與面積，同時(shí)影響第一束連續(xù)激光束移動(dòng)速度和第二束短脈沖激光鍛打參數(shù)；如送粉量超出/未達(dá)到第一束連續(xù)激光處理量，則降低/升高第一束連續(xù)激光束移動(dòng)速度，形成耦合控制；

第二束短脈沖激光鍛打參數(shù)由光束質(zhì)量檢測(cè)儀器或裝置監(jiān)測(cè)與控制，由熔敷區(qū)材料厚度確定脈沖激光的脈沖寬度，使整個(gè)熔敷層深度材料獲得充分鍛打透徹；由熔敷區(qū)材料面積確定脈沖激光鍛打頻率和光斑大小，確保激光沖擊鍛打移動(dòng)速度與激光熔敷速度匹配，并保證鍛打區(qū)溫度始終處于最容易塑性變形的溫度范圍內(nèi)；如熔敷區(qū)材料面積/厚度超出第二束短脈沖激光處理極限，則降低第一束連續(xù)激光束移動(dòng)速度，形成閉環(huán)控制，反之亦然；

雙激光束同時(shí)且相互協(xié)同地逐層堆疊熔敷區(qū)材料形成工件，使得加工效率提高1～2倍；通過(guò)調(diào)整激光沖擊鍛打頻率及脈沖功率密度，解決了不同材料冷卻速率及鍛造溫度區(qū)間大小的差異，使熔敷層在較高的塑性及低變形抗力下完成沖擊強(qiáng)化并通過(guò)激光沖擊鍛打頻率與壓力參數(shù)調(diào)控激光熔敷速度與送粉參數(shù)；激光沖擊鍛打使熔敷層晶粒顯著細(xì)化，不同材料熔敷成形后的強(qiáng)度和疲勞壽命可提高幾倍到幾十倍不等；上述各工藝參數(shù)的穩(wěn)定性保證了逐層晶粒尺寸可控，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)熔敷層晶粒尺寸的均勻性；消除了熔敷層的氣孔等內(nèi)部缺陷和熱應(yīng)力，提高了金屬零件的內(nèi)部質(zhì)量和綜合力學(xué)性能，并有效控制宏觀變形與開(kāi)裂問(wèn)題。

2.如權(quán)利要求1所述的雙激光束熔敷成形沖擊鍛打復(fù)合增材制造方法，其特征在于，根據(jù)不同熔敷金屬材料的鍛造溫度特性，建立所述第一束連續(xù)激光束鍛造溫度場(chǎng)模型與在線檢測(cè)及控制方法；通過(guò)檢測(cè)鍛打熔敷層的晶粒尺寸、殘余應(yīng)力分布和微觀組織等試驗(yàn)，完善鍛打溫度場(chǎng)模型，使材料熔敷-冷卻后處于最適合金屬塑性成形溫度區(qū)間(鍛造溫度)，由第二束短脈沖激光進(jìn)行沖擊鍛打，形成閉環(huán)控制。

3.如權(quán)利要求1所述的雙激光束熔敷成形沖擊鍛打復(fù)合增材制造方法，其特征在于，雙激光束復(fù)合制造工藝參數(shù)實(shí)行在線檢測(cè)和控制，第二束短脈沖激光可對(duì)熔敷層進(jìn)行正面或者側(cè)面15°～165°內(nèi)任意角度或者位置的沖擊鍛打，具有激光脈沖能量、激光脈沖寬度、重復(fù)頻率、光斑尺寸和形狀等參數(shù)精確可控可調(diào)，可處理不同結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的熔敷成形零件。