[發(fā)明專利]鋁合金脈沖激光-TIG電弧復(fù)合增材制造裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010582272.2
• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN111716003B
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 彭進(jìn);許紅巧;龍偉民
• 申請（專利權(quán)）人: 華北水利水電大學(xué)
• 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(chuàng)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 41156
• 代理人: 狄干強(qiáng)

鋁合金脈沖激光?TIG電弧復(fù)合增材制造裝置及方法，沿增材制造方向，TIG焊槍和焊絲依次設(shè)置在激光器的后方，在TIG焊槍的鎢針尖端和增材制造基材之間形成脈沖電弧，同時在TIG焊槍的鎢針尖端和焊絲端部之間形成對焊絲預(yù)熱的熱絲電弧；TIG焊槍和送絲機(jī)構(gòu)由超聲變幅桿控制其沿增材制造方向振動。本發(fā)明脈沖激光束在前，之后兩個電弧的復(fù)合型結(jié)構(gòu)，能夠使焊絲熔化后在熔池后方填送液態(tài)熔滴，由于TIG焊槍和焊絲是同步沿增材制造方向振動的，這樣焊絲熔化形成的熔滴在熔池后方的振動作用下進(jìn)入到熔池內(nèi)后，能夠促進(jìn)液態(tài)熔滴合金元素與熔池金屬混合擴(kuò)散的均勻性，進(jìn)而更好的提高焊縫組織的均勻性提高焊縫綜合性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及到金屬材料的增材制造領(lǐng)域，具體的說是一種鋁合金脈沖激光-TIG電弧復(fù)合增材制造裝置及方法。

背景技術(shù)

鋁合金具有良好的耐腐蝕性、塑性良好等優(yōu)點(diǎn)，因此其廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車等領(lǐng)域具有極其重要的應(yīng)用價值和應(yīng)用前景。

增材制造也就是常說的3D打印技術(shù)，是通過一層層堆積的方式將數(shù)字化模型直接制造出三維實(shí)體零件的一種技術(shù)。與傳統(tǒng)的制造技術(shù)相比，增材制造技術(shù)可以制造形狀復(fù)雜、難加工的材料，而且縮短了從設(shè)計到制造的時間，降低了制造成本以及制造風(fēng)險，增材制造技術(shù)在航空航天、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有非常重要的應(yīng)用前景。

目前，國內(nèi)外關(guān)于鋁合金增材制造的填充材料主要是粉末材料，而對于絲基（焊絲）增材制造的研究較少。而對于鋁合金絲基增材制造方法，主要有方法包括：激光增材制造、電子束增材制造、TIG增材制造和MIG增材制造。其中，激光束增材制造過程中需要激光的能量熔化焊絲，但激光的光斑直徑較小（一般為0.2mm），在這種情況下，焊絲的輕微波動就會造成焊絲熔化的不充分，影響增材制造工件的質(zhì)量；而且固體焊絲（如：鋁合金焊絲）對激光能量的反射率較高，導(dǎo)致能量吸收率低、焊接效率低；

電子束增材制造同樣存在上述問題，而且電子束增材制造需要在真空環(huán)境進(jìn)行，本身對設(shè)備的要求較高，造成制造成本高、焊接效率低；

TIG增材制造中，電弧較為穩(wěn)定但是焊接速度較低，增材制造效率低；

MIG增材制造中，為提高焊絲的熔化率而提高焊接電流造成的對增材制造材質(zhì)的熱輸入過大，進(jìn)而會造成增材制造工件變形量大、組織晶粒粗大、力學(xué)性能差的缺陷。

公開日為2020.02.18的中國專利《一種高熵合金電弧-激光復(fù)合增材制造的方法》，公開了通過采用低功率光纖激光與MIG電弧作為復(fù)合熱源，通過熔化高熵合金焊絲在基板上按指定路徑進(jìn)行堆焊，堆焊層逐層疊加形成所需高熵合金結(jié)構(gòu)件；公開日為2018.12.25的中國專利《鋁合金激光-雙脈沖MIG復(fù)合熱源電弧增材制造方法及工件》，公開了通過采用低功率脈沖激光與雙脈沖MIG電弧作為復(fù)合熱源，通過熔化鋁合金焊絲在基板上指定路徑上進(jìn)行堆焊，堆焊層逐層疊加形成所需鋁合金結(jié)構(gòu)件。

這兩篇專利文件的主要問題均是在增材制造過程中為提高焊絲的熔化率而提高焊接電流，導(dǎo)致增材制造材質(zhì)的熱輸入過大，進(jìn)而造成增材制造工件變形量大、組織晶粒粗大、力學(xué)性能差的缺陷，而且MIG電弧在增材制造過程中也容易出現(xiàn)液態(tài)金屬飛濺的情況，影響增材制造工件的質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有鋁合金增材制造方法存在的上述缺陷，本發(fā)明提供了一種鋁合金脈沖激光-TIG電弧復(fù)合增材制造裝置及方法，該裝置是利用脈沖激光和TIG焊槍形成的脈沖電弧復(fù)合，同時利用熱絲電源在TIG焊槍和焊絲之間形成熱絲電弧，三者共同作用，來解決焊絲熔化率低、焊接質(zhì)量差的問題。