[发明专利]一种电弧熔积激光冲击锻打增材制造方法和装置

说明书

本发明公开了一种电弧熔积激光冲击锻打增材制造方法，包括以下步骤：1)通过控制电弧焊接装置移动并熔积金属，形成焊层；2)通过温度传感器对焊层的电弧熔积金属区域的温度进行采集，将采集到的数据发送到控制器，控制器控制激光发生器对处于易塑性形变温度的电弧熔积金属区域进行同步冲击锻打；3)重复步骤2)和3)，焊层逐层堆叠形成工件。还提供了一种电弧熔积激光冲击锻打增材制造装置。本发明具在零件制造过程中细化金属晶粒和优化显微组织，避免普通电弧增材制造成型金属零件可能出现的如气孔、未融合和缩松等内部缺陷，同时也提高了金属零件的综合机械力学性能。

技术领域

本发明涉及一种增材制造方法和装置，尤其是指一种电弧熔积激光冲击锻打增材制造方法和装置。

背景技术

区别于传统的“去除型”制造，“增材制造”不需要原胚和模具，基于计算机图形数据，通过增添材料的方法生成任何形状的物体。与传统制造方法相比，可高效率、低成本成形高性能复杂难加工零件，因此在航空航天、汽车、模具、生物医疗等高端制造领域具有广阔的应用前景。根据载能束的区别，金属增材制造可分为激光、电子束和电弧三类。电弧增材制造技术适于大尺寸且形状较复杂构件的低成本、高效快速成形，是与目前发展较成熟的激光、电子束增材制造方法优势互补的增材成形技术。

电弧增材制造过程是通过高温液态金属熔滴搭接向成形件表面平稳过渡的方式逐层累积焊层而形成三维实体零件的，随着堆焊层数的增加，已成形表面层受到移动热源往复热作用，成形件热积累增大，散热条件变差，零件截面不同部位传热效率不同，芯部材料冷却慢，表层材料冷却较快，在这种条件下移动熔池的快速凝固收缩、循环加热及非均匀冷却下的非平衡固态相变过程中，零件内产生复杂热应力、应力集中和变形，严重影响零几何尺寸和力学性能，导致零件严重翘曲变形和开裂。另外，工艺参数、外部环境和熔池状态的变化都可能在零件内部局部区域产生各种特殊的冶金缺陷，例如，气孔、未熔合、裂纹和缩松等。这些内部缺陷是承力结构件致命的疲劳萌生源，其影响最终成形零件的内部质量、力学性能及构件的服役使用安全。因此，如何在通过金属增材制造金属零件时，尽量避免气孔、未融合和缩松等缺陷问题，同时提高成形零件的机械力学性能，是本领域技术人员亟待解决的问题。

中国专利CN 103305828 A一种超声冲击强化激光熔覆层的装置及其方法，首先采用第一束激光对金属粉末进行熔敷，一道激光熔敷层制备完成后，再利用超声枪对激光熔覆层进行超声冲击，如此交替，完成零件制备。金属材料在再结晶温度时具有良好的塑形，该方法的本质是一道熔敷层完全凝固，冷却至再结晶温度之下才开始进行超声冲击强化，此时熔敷层中已经产生的冷裂纹的消除几乎不起作用，且同一熔敷层不同位置的温度完全不同，采用超声冲击处理时难以实现提升机械性能和消除残余应力的均匀化处理。

发明内容

本发明的目的之一在于针对上述问题，提供一种电弧熔积激光冲击锻打增材制造方法，该方法能优化金属零件材料显微组织，避免气孔、未融合和缩松等内部缺陷的产生，同时提高金属零件的机械力学性能。

本发明的目的之二在于提供一种电弧熔积激光冲击锻打增材制造装置。该装置能实现对零件进行电弧熔积激光冲击锻打，而高效、高质量和稳定可靠地完成“锻打约束”成形。

本发明的目的之一可采用以下技术方案来达到：

一种电弧熔积激光冲击锻打增材制造方法，包括以下步骤：

1)通过控制电弧焊接装置移动并熔积金属，形成焊层；

2)通过温度传感器对焊层的电弧熔积金属区域的温度进行采集，将采集到的数据发送到控制器，控制器控制激光发生器对处于易塑性形变温度的电弧熔积金属区域进行同步冲击锻打；

3)重复步骤2)和3)，焊层逐层堆叠形成工件；