[發明專利]鋁合金脈沖激光-TIG電弧復合增材制造裝置及方法

有效

• 申請號: 202010582272.2
• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN111716003B
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發明（設計）人: 彭進;許紅巧;龍偉民
• 申請（專利權）人: 華北水利水電大學
• 主分類號: B23K26/348
• 分類號: B23K26/348;B23K26/342;B33Y30/00;B23K103/10
• 代理公司: 洛陽九創知識產權代理事務所(普通合伙) 41156
• 代理人: 狄干強

1.鋁合金脈沖激光-TIG電弧復合增材制造裝置，其特征在于：包括熱絲電源（4）、TIG脈沖電源（1）、TIG焊槍（3）、發射激光束（2）的激光器和送絲機構（6）驅動的焊絲（5），熱絲電源（4）的電流為400A，TIG電源（1）的電流為300A，沿增材制造方向（14），TIG焊槍（3）和焊絲（5）依次設置在激光器的后方，且TIG脈沖電源（1）的負極和正極分別與TIG焊槍（3）和增材制造基材（7）連接，從而在TIG焊槍（3）的鎢針尖端和增材制造基材（7）之間形成脈沖電弧（12），所述脈沖電弧（12）與激光束（2）在增材制造基材（7）的落點復合；所述激光器的輸出類型為脈沖輸出，從而使其發出的激光束（2）為脈沖激光，且其頻率與TIG脈沖電源（1）的脈沖頻率一致；所述熱絲電源（4）的負極和正極分別與TIG焊槍（3）和焊絲（5）連接，從而在TIG焊槍（3）的鎢針尖端和焊絲（5）端部之間形成對焊絲（5）預熱的熱絲電弧（13）；所述TIG焊槍（3）和送絲機構（6）由夾具（11）固定為一體，且該夾具（11）由一超聲變幅桿（10）控制其沿增材制造方向振動，進而帶動TIG焊槍（3）和焊絲（5）沿增材制造方向（14）同步振動。

2.根據權利要求1所述的鋁合金脈沖激光-TIG電弧復合增材制造裝置，其特征在于：所述超聲變幅桿（10）的超聲振動頻率為5kHz-900kHz，且其帶動TIG焊槍（3）和焊絲（5）的振動幅度為1um-100um。

3.根據權利要求1所述的鋁合金脈沖激光-TIG電弧復合增材制造裝置，其特征在于：所述TIG焊槍（3）內具有與保護氣源連通的送氣管路，該送氣管路使保護氣噴出后將脈沖電弧（12）與增材制造基材（7）接觸的位置保護起來。

4.根據權利要求1-3中任意一項權利要求所述的鋁合金脈沖激光-TIG電弧復合增材制造裝置的使用方法，其特征在于，包括以下步驟：

1）在增材制造基材（7）的上方安置激光器，并沿增材制造方向，在激光器的后方依次安置TIG焊槍（3）和送絲機構（6），并使用夾具（11）將TIG焊槍（3）和送絲機構（6）固定為一體；

2）將夾具（11）與超聲變幅桿（10）連接固定，將TIG脈沖電源（1）的負極和正極分別與TIG焊槍（3）和增材制造基材（7）連接，將熱絲電源（4）的負極和正極分別與TIG焊槍（3）和焊絲（5）連接；

3）啟動激光器使其發出脈沖激光束照射到增材制造基材（7）上，并開啟保護氣，使保護氣將脈沖電弧（12）與增材制造基材（7）接觸的位置保護起來；

4）依次啟動TIG脈沖電源（1）、熱絲電源（4）、送絲機構（6）和超聲變幅桿（10），逐層實現鋁合金增材制造。

5.根據權利要求4所述的鋁合金脈沖激光-TIG電弧復合增材制造裝置的使用方法，其特征在于：所述焊絲（5）與水平面的夾角β為20-70°，送絲速度為0.2-20m/min，焊絲（5）直徑為0.8-3mm，熱絲電源的電流為400A，TIG電源的電流為300A，TIG焊槍（3）的鎢針與增材制造基材（7）的距離為0-6mm，TIG焊槍（3）與水平面的夾角θ為40°-80°；所述激光束（2）與水平面的夾角a為70°-90°，激光功率100-5000W，激光頻率10-50Hz，激光脈寬1-10ms，保護氣流量10-40L/min，焊接速度0.2-10m/min；所述超聲變幅桿（10）的振動頻率為5-900kHz，振動幅度為1-100um，所述TIG脈沖電源（1）產生的脈沖電弧（12）的脈沖頻率為3-10Hz，脈寬1-10ms。