[发明专利]铝合金激光-双脉冲MIG复合热源电弧增材制造方法及工件

说明书

本发明提供一种铝合金激光‑双脉冲MIG复合热源电弧增材制造方法及工件，该方法，采用低功率脉冲激光与双脉冲MIG电弧作为复合热源，通过熔化铝合金焊丝在基板上按指定路径进行堆焊，堆焊层逐层叠加形成所需铝合金结构件。本发明所述的铝合金激光‑双脉冲MIG复合热源电弧增材制造方法及工件，将低功率脉冲激光与双脉冲MIG电弧进行复合，具有激光焊和电弧焊两种工艺特点，激光与双脉冲MIG复合后，高峰值功率的脉冲激光周期性地作用于熔池，使得熔池内部液态金属处于“向后流动‑向前回填”的循环中，相当于加入了强烈的搅拌作用；再加上双脉冲波形带来的冲击作用，可有效减少甚至消除成形试样内部的气孔缺陷。

技术领域

本发明涉及金属材料增材制造技术领域，涉及一种铝合金低功率脉冲激光-双脉冲MIG复合热源电弧增材制造方法。

背景技术

铝合金重量轻、比强度高、耐蚀能力强，已广泛应用于石油化工、交通运输、航空航天等领域的零部件结构中，为获得复杂的铝合金结构，需采用增材制造方法实现铝合金结构的直接成形，满足对复杂铝合金零部件的需求。然而铝合金成形过程易氧化，同时容易产生气孔、裂纹等缺陷，严重限制增材制造技术在复杂铝合金零部件制造过程中的应用。

现阶段可用于铝合金增材制造的方法包括：激光增材制造、电子束增材制造、TIG增材制造和MIG增材制造。其中激光增材制造过程中由于铝合金对激光的反射率极高，因此需要极大的激光功率，不利于控制成形过程中的气孔等缺陷，并且还容易产生粘丝、顶丝等问题；电子束增材制造过程中选用真空室，对设备的要求较高，成本较高；TIG增材制造热源移动速度较低，因此效率低；而MIG增材制造过程中热输入量大，成形效率高，但焊接过程中电弧稳定性较差，可控性不好，易形成熔池外溢和坍塌等成形缺陷，最终影响了零件精度。

为了提高成形试件的效率以及精度，人们开始开发新的电弧增材制造方法。例如华中科技大学提出了一种基于激光稳定和调控机理的电弧增材制造成形方法及装置(CN107030385A)；西安增材制造国家研究院提出了一种激光-CMT焊接铝合金增材制造方法(CN107283061A)；广东智能制造研究所提出了一种基于激光双MIG复合热源铝合金增材制造方法(CN105522153A)。

然而这些方法均致力于提高铝合金增材制造的效率和精度，无法解决铝合金增材制造过程中极易存在的气孔缺陷问题，从而很难兼顾做到低成本、高效率、高精度、高性能等特点。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种铝合金激光-双脉冲MIG复合热源电弧增材制造方法及工件，用于解决现有的铝合金增材制造，极易存在的气孔缺陷的问题。本发明采用的技术手段如下：

一种铝合金激光-双脉冲MIG复合热源电弧增材制造方法，采用低功率脉冲激光与双脉冲MIG电弧作为复合热源，通过熔化铝合金焊丝在基板上按指定路径进行堆焊，堆焊层逐层叠加形成所需铝合金结构件，具体包括以下步骤：

S1、将低功率脉冲激光与双脉冲MIG电弧组成复合热源，采用激光在前，电弧在后的复合方式，焊丝作为熔化极通过双脉冲MIG焊枪送出，激光枪与双脉冲MIG焊枪均位于基板上方，所述激光枪与双脉冲MIG焊枪夹角为α，并且所述MIG焊枪的干伸焊丝末端与激光枪的激光在基板上的斑点间距为d；双脉冲MIG焊枪向后倾斜，与竖直方向成β角，MIG焊枪最前端距基板的距离为D。

S2、设置激光枪与MIG焊枪焊接参数及焊接路径，进行焊接控制；为达到明显降低气孔数量的效果，激光脉冲与双脉冲MIG参数要求在合理的参数区间内。

S3、在基板上选取起弧点，预通保护气，先启动激光，再进行MIG起弧，根据预先设定的堆焊路径进行第一层堆焊。

S4、完成第一层堆焊后，依次关闭MIG电弧和激光，再停止送保护气，然后将激光-MIG复合焊枪提高1-5mm，将其移至预定位置，停留一定时间后，再在第一焊层上进行第二层堆焊过程。