[发明专利]一种电弧、激光、磁场多能量场耦合制造工艺方法

说明书

本发明公开了一种电弧、激光、磁场多能量场耦合制造工艺方法，该方法分别采用特征变量函数Ф(Ф_A、Ф_L、Ф_M)表征三种能量场的分配系数，特征变量函数E(E_A、E_L、E_M)表征三种能量场的输入能量，其中Ф_A、Ф_L、Ф_M分别是电弧输入能量比例、激光输入能量比例、磁场输入能量比例，Ф_A+Ф_L＝1、Ф_M＝0或1；根据焊接能量场以及增材制造能量场的要求，选择电弧、激光、电弧‑激光、电弧‑磁场、激光‑磁场、电弧‑激光‑磁场多种能量场耦合方式之一进行；在所属制造工艺实施之前，通过对精度、效率、成本、质量等要求的评估，选择合理的能量场分配比，从而使生产过程最优化；本发明的三种物理场的耦合，实现了一种多领域、高精度、高效率、高质量的制造工艺。

技术领域

本发明属于焊接和增材制造技术领域，尤其指代一种电弧、激光、磁场多场耦合制造工艺。

背景技术

电弧制造作为传统的制造工艺，其发展已经十分成熟。电弧制造具有高效率、较高质量、低成本、适用范围广等优点，仍是现代制造产业中的主流技术。近年来，在高效高质量制造的背景下，电弧制造存在的诸多问题限制了其在制造产业中的运用。例如电弧焊接生产中，电弧热输入量大，导致焊接热影响区较大；常规电弧焊接深宽比小，容易造成未焊透、未熔合等缺陷；焊缝晶粒粗大、焊后变形严重。电弧增材制造中，较大的热输入导致成形零件精度低、性能差，无法满足高端产业的生产。

激光制造是继力加工、火焰加工和电加工之后一种崭新的加工技术。它可以完善周到地解决不同材料的加工、成形和精炼等技术问题。从最小结构的计算机芯片到超大型飞机和舰船，激光制造都将是不可或缺的重要手段。自20世纪70年代大功率激光器件诞生以来，已形成了激光焊接、激光熔覆、激光表面处理、激光快速原型制造、金属零件激光直接成形等十几种应用工艺。与传统的加工方法相比，具有高能密聚焦、高精度、高质量和节能环保等突出优点，但是也存在些许局限性。例如激光器价格昂贵，激光制造成本较电弧制造要高得多；激光制造精度高，但是在加工大尺寸工件时效率低下。

为了解决激光制造成本高、能量利用率低、适用范围小等问题，提出了激光与电弧的复合，激光－电弧复合热源既综合了上述两种制造方法的优点，又相互弥补了各自的不足，还产生了额外的能量协同效应。例如采用参数合适的激光-电弧复合焊接，在较低的热输入条件下即可获得较大的焊缝深宽比。

磁控技术是近年来完善起来的一种技术，通过外加磁场来改变电弧和流体的受力状态，以控制其流体的流动，从而改善制造工艺的质量，拓宽制造工艺的使用区间，实现高质量的制造生产。

因此，目前焊接和增材制造技术领域存在单一制造工艺的不足，而针对于复杂构件的制造加工时，将上述的激光、电弧以及磁控技术相结合的技术应运而生。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种电弧、激光、磁场多能量场耦合制造工艺方法，在工艺实施之前，通过对精度、效率、成本、质量等要求的评估，选择合理的能量场分配比，从而使生产过程最优化；通过电弧、激光、磁场三种物理场的耦合，实现了一种多领域、高精度、高效率、高质量的制造工艺。