[发明专利]一种铝合金双丝激光增材制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及增材制造领域，具体为一种铝合金双丝激光增材制造方法。

背景技术

近年来，航空航天、交通运输、海洋工程等工业的发展，极大地推动了增材制造技术的发展。增材制造技术具有高效、快速、柔性的特点，节约材料，无需或需少量后续加工，无需大型锻压设备和模具、专用夹具，可以制造形状复杂、难加工材料，缩短了从设计到制造的时间，降低了制造成本和风险。除此之外，增材制造技术可以用于零件的修复。

伴随着产品、材料、使用条件的多种多样，对工件质量的要求越来越高，因此如何用优质、高效的增材制造技术来满足当前的需要，是目前增材制造领域发展的重要方向。提高增材制造的生产效率和质量、实现自动化生产成为实际生产的迫切要求。增材制造生产率的提高主要有两个方面：一是增材制造行走速度的提高；二是增材制造过程中丝材熔敷率的提高。送粉式增材制造的金属粉末利用率极低、成型效率低、制造时间长，并不能满足要求。因此，双丝增材制造技术应运而生。

双丝增材制造技术既可实现高速增材制造，又可实现高熔敷率增材制造，因此可以大幅度提高生产率。除了高效和节能之外，双丝增材制造技术可以通过改变焊丝成分组合调整沉积层的成分和结晶状况，减少沉积层的裂纹倾向，改善焊接接头的强韧匹配，减少增材制造时的气孔和夹渣倾向。另外，双丝增材制造技术可以降低熔池温度，随填丝量的增加，熔池温度降低越多，这点也可以改善沉积层的组织和性能。

在双丝增材制造技术中，电弧双丝增材制造技术已取得一定的突破，但是电弧双丝增材制造技术的特性所导致的缺陷也是无可避免的。比如TIG双丝增材制造方法受限于钨极的承载能力，不能够采用较大电流成形，从而使成形效率较低；熔化极气体保护焊成形则由于热输入较大，电弧的稳定性较差，过程难以控制，从而导致沉积层熔塌等成形问题，降低了成形精度。电子束双送丝成形方法虽然成形质量较高，但是由于其需要真空环境，对于设备及工艺条件的要求较为苛刻。因此双丝激光增材制造方法，由于激光的高能量密度、增材制造行走轨迹灵活、对工艺条件要求低、增材制造速度快，具有不可比拟的优势。

铝合金密度低，比强度高，塑性好，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空航天、机械制造、船舶及化学工业中大量应用。随着铝合金材料在工业生产中的应用越来越广泛,铝合金的增材制造研究也受到广泛关注。但是对于激光增材制造过程，铝合金在成形过程中对激光反射率偏高，成形过程中球化现象严重，成形效果并不理想。

在国内，铝合金激光增材制造的起步相对较晚，专门开展铝合金激光增材制造技术的研究还很少，总体上成熟度还较低。目前铝合金双丝激光增材制造的主要难点有：(1)铝合金双丝激光增材制造时过程不稳定，成形不理想，容易产生沉积层缺陷，如焊塌、气孔和软化等。(2)由于焊丝的添加，焊丝的送进条件以及焊丝与激光之间的相互作用，使激光焊接过程的控制更加复杂和困难。其中，焊丝的送进方向、送进角度、送进速度以及送进位置等对焊接过程稳定性和最终焊缝成型质量具有重要影响。(3)焊接装配精度高，激光束焦点与铝合金板材的偏移量要求限制在很小的范围内，一般小于母材厚度的10％。(4)焊丝向熔池的过渡形式不易控制，对沉积层成形有很大影响，当以“大液滴”过渡时会对熔池流动造成很大的冲击，从而造成增材制造过程的较大波动,最终得到的沉积层成形较差，而当焊丝以稳定的“液桥”形式向熔池过渡时,其对熔池的冲击最小，造成的增材制造过程波动最小，是一种稳定的双丝激光增材制造过程，最后得到的沉积层成形均匀、光滑。

因此对于铝合金双丝激光增材制造技术，国内仍是一片空白，还没有一种成熟的方法适用于实际生产，急需一种适用于铝合金的双丝激光增材制造方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铝合金双丝激光增材制造的方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种铝合金双丝激光增材制造方法，该方法为：利用激光将后置填充焊丝熔化并形成熔池，前置填充焊丝利用熔池的能量进行熔化，在行走路径上逐层沉积，直至完成增材制造。

该方法具体步骤如下：

(1)将待增材铝合金基板进行预处理，去油、打磨，并固定；

(2)设置激光功率、离焦量及激光扫描速度；

(3)规划增材制造行走路径，根据路径调节送丝角度、前置填充焊丝端部位置以及后置填充焊丝端部位置；

(4)设置前置填充焊丝及后置填充焊丝的送丝速度；前置填充焊丝的送丝速度为1～4m/min，后置填充焊丝的送丝速度为6～8m/min；