[发明专利]一种激光-电弧复合分区增材制造工艺与装备

说明书

本发明涉及一种关于激光‑电弧复合分区增材制造的工艺与装备，该方法解决了单一热源增材制造时，低成本、高生产效率与高成型精度不可兼得的难题，实现了复杂结构零件的柔性智能制造，在降低生产成本、提高生产效率的同时获得性能优异的零件。所述增材制造工艺包括成形件柔性智能制造区域划分，成形件各区域工艺选择与确定，最终进行增材制造实验。所述增材制造装备包括MIG焊机、TIG焊机及激光器，中央控制器根据已设定程序对热源进行调节，进行增材制造实验时装备中未启用的部件将由系统控制提起置于一旁。

技术领域：

本发明属于复合能量增材制造领域，具体涉及一种以激光-电弧复合热源增材制造的工艺与装备，能够实现高柔性、高效率、高质量的增材制造。

背景技术：

电弧增材制造技术具有效率高、成本低、金属材料的适用性好等优点；然而，电弧增材制造零件成形精度与净成形零件有一定的差距、残余应力较大。因此，进行单一热源增材制造时，低成本、高生产效率与高成型精度无法兼得。

激光-电弧复合热源能够发挥两者各自的优势，同时弥补各自的不足。激光的加入能够稳定电弧，提高增材制造过程的稳定性，而电弧又能发挥其高效性；同时，采用低功率激光器配合电弧的作用就可以达到大功率激光器获得的效果，从而大幅降低成本。电弧增材制造常见的热源主要为TIG和MIG。TIG电弧增材制造零件成形精度高，但钨极不能承载较大电流，从而降低了成形效率。MIG电弧增材制造热输入大，成形效率高，但过程中电弧稳定性较差，最终影响零件精度。因此，增材制造过程中，根据具体情况，选择TIG或MIG电弧与激光复合。

激光-电弧复合分区增材制造方法是在原有激光增材制造技术和电弧增材制造技术的基础上，针对两者所存在的问题与粉末型原材料所存在的不足，进一步提出的新方法。将激光增材、电弧增材与旁轴送丝式原料送进方法结合在一起构成了新的增材制造体系，此技术具有重要的研究与应用意义。

发明内容：

针对单一热源增材制造时，低成本、高生产效率与高成型精度不可兼得的问题，本发明的目的在于：提供一种激光-电弧复合分区增材制造的工艺与装备，该发明具有：综合成本低、生产效率高、零件表面精度高、力学性能好、能够满足使用要求等优点。

为了达到上述目的，本发明提供的一种激光-电弧复合分区增材制造工艺与装备，包括步骤如下：

(1)成形件柔性智能制造区域划分：根据零件要求，对区域进行划分。对于力学性能及表面质量等指标整体要求较为统一的成形件而言，采用一种工艺开展增材制造过程。对于几何结构复杂，力学性能及表面质量等指标在不同区域要求存在差别的成形件而言，进行区域划分，即将尺寸大但精度要求低的部位与尺寸小但精度要求高的部位划分为不同区域。

(2)成形件各区域工艺选择与确定：对于不采用分区域制造的成形件而言，直接依据其在生产效率、表面精度、综合成本等方面的要求选用激光增材结合旁轴送丝、激光-TIG复合增材结合旁轴送丝或激光-MIG复合增材制造方法；对于采用分区域制造的成形件而言，在尺寸大但精度要求不高的区域采用复合热源增材制造方法，在尺寸小但精度要求高的区域采用激光增材。

(3)进行增材制造实验：选用的增材制造设备中激光器、TIG焊机、MIG焊机分别提供三种焊接热源，受中央控制器调节；送丝机构与送丝调节器相连接，对送丝速度进行调节。开展增材制造实验，实验过程中未使用的部件(如MIG焊枪、TIG焊枪)由机器手提起置于一旁，以免妨碍实验进行。

进一步地，焊枪与激光束的夹角在30°到45°之间调节。

进一步地，所述激光束与丝材尖端距离为2-4mm，MIG焊枪丝材伸出长度为20mm左右，实验采用200mm×200mm×19mm的6061型铝合金板材作为基板，填充材料采用直径1.2mm的ER5356型铝合金丝材或直径1.2mm的ER4043铝合金丝材。