[发明专利]一种基于激光增材制造技术的激光连接方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于激光增材制造技术的激光连接方法，属于材料加工领域。

背景技术

增材制造技术的概念最早提出是在20世纪70年代末到80年代初，其中包含选择性激光烧结(SelectiveLaserSintering，SLS)、分层实体制造法(LaminatedObjectManufacturing，LOM)等几十种成型工艺，美国《时代》周刊将增材制造技术列为“美国十大增长最快的工业”；英国《经济学人》认为“增材制造技术将推动第三次工业革命，还将改变生产组织模式”。世界科技强国和新兴国家都将增材制造技术作为未来产业发展新的增长点加以培育和支持，以抢占未来科技产业的制高点。2014年增材制造设备与服务全球直接产值为41.03亿美元，增长率为35.2％，经过30年的发展，美国成为增材制造领域技术领先的国家，中国自20世纪90年代初开始发展，目前我国在金属零件直接制造技术领域的研究与应用已达到国际领先水平。

激光增材制造技术是能够实现高性能致密金属零件的无模块快速近终成形，是现代材料技术、激光技术和快速原型制造技术相结合的新技术，有可实现复杂结构零件的成形，减少加工工序，缩短加工周期，近净成形等优势。

目前该技术在零件制造以及修复领域有着较为广泛的应用，但在材料连接领域就笔者而言并未发现相关研究报道。目前在材料连接领域，如异种材料连接领域，异种材料连接结构就是两种不同的材料(包括两种金属、金属与非金属、复合材料、化合物等)，通过一定工艺条件连接到一起，形成一个完整的具有一定使用性能的结构，其良好的综合性能，在航空航天、空间技术、核工业、微电子、汽车、石油化工等领域得到了日益广泛的应用。但由于异种材料的物理、化学及力学性能方面存在着巨大的差异，对连接方法要求比较苛刻，存在：冶金不相容性，界面形成脆性化合物相，由于热物理性能不匹配产生残余应力，力学性能差异巨大导致连接界面力学失配，产生严重的应力奇异行为等；这些问题使得异种材料的连接存在困难，而且影响接头组织、性能和力学行为，结构的完整性和可靠性会受到严重影响。

发明内容

本发明针对上述存在的问题，而提供提供一种内部质量缺陷少、材料利用率高、性能优异的材料连接接头的工艺方法；即一种基于激光增材制造技术的激光连接方法。

本实施方式的一种基于激光增材制造技术的激光连接方法，它是按照以下步骤进行的：

一、在焊接前将待焊工件的待焊接部位进行坡口加工，同时对加工后的坡口及工件表面进行打磨及清洗，将打磨清洗后的待焊工件固定在焊接工装夹具上；

二、在采用旁轴送粉的基于激光増材制造连接过程中，利用夹具将激光头与旁轴送粉工作头固定在共同作用的待连接区域上，调整送粉头与竖直方向夹角至10°～80°；

若待连接材料为对激光无反射的材料，则保持激光头与待焊接工件垂直设置，调整旁轴送粉工作头与激光头夹角至10°～80°，并使送粉喷嘴距离激光焦平面的距离为2～20mm；

若待连接材料为对激光有反射的材料，则调整激光束与待焊接工件竖直线夹角至5～20°，并调整旁轴送粉工作头与激光头夹角至10°～80°，并使送粉喷嘴距离激光焦平面的距离为2～20mm；

三、设置激光增材制造工艺参数：激光光斑直径为1～6mm，离焦量为-5～+5mm，激光功率为400～10000W，扫描速度为5～40mm/s，粉末直径为20～100μm，送粉速率为2～20g/min，分层厚度0.5～5mm，扫描间距为1～4mm，保护气为惰性气体，保护气流量为5～30L/min；

四、采用机器人集成系统运行步骤三中的焊接工艺参数，激光头与送粉头由计算机控制，由激光头和送粉头共同运动完成材料连接过程；或若激光头未装载在机械臂上，则采用机床控制待焊接工件的移动，实现材料的连接过程；即完成所述的基于激光增材制造技术的激光连接过程。

本发明焊接方法的原理如下：