[发明专利]一种激光激励超声能场辅助等离子弧载粉增材制造方法

权利要求书

1.一种激光激励超声能场辅助等离子弧载粉增材制造方法，其特征在于：所述方法采用金属粉末与等离子弧同轴送粉的方式，利用等离子弧热源作为熔化金属粉末并使其沉积成形的主热源，借助高频脉冲激光能量冲击等离子弧熔池，激励产生熔池超声能场，使熔池熔凝过程形成致密且细晶的沉积层熔凝组织结构，其包括如下步骤：

1）调整等离子弧焊枪和激光出射头的相对位置，使出射等离子弧倾斜作用于基板表面，出射高频脉冲激光束垂直于基板表面等离子弧作用区，且以工作台前进方向为参照，等离子弧热源在前，高频脉冲激光束在后，使得高频脉冲激光能量作用于等离子弧熔池尾部区域；

2）设定等离子弧电流脉冲与激光脉冲的协同工作模式：

当等离子弧电流为非脉冲模式时，激光脉冲与等离子弧能量为任意匹配；

当等离子弧电流为脉冲模式时，激光脉冲与等离子弧电流脉冲的能量匹配包括：

当等离子弧电流脉冲与激光脉冲为同步脉冲，在一个能量匹配周期内，脉冲能量匹配为峰值-峰值匹配；

当等离子弧电流脉冲与激光脉冲为异步脉冲，激光脉冲频率至少2倍于等离子弧电流脉冲频率，在一个能量匹配周期内，至少包括一个脉冲能量匹配为峰值-峰值匹配，其余脉冲能量匹配为峰值-基值匹配；

3）设定高频脉冲激光束作用模式；

4）启动增材成形制造程序，等离子弧的引燃弧工作，同时启动送粉器，使送粉喷嘴喷射粉末流，然后引弧使等离子弧的主弧开始工作，同时启动激光器工作，出射高频脉冲激光束，激光脉冲的频率为可听声频5～20kHz或超声频20kHz以上，激光脉冲的峰值功率不低于2kW，开始成形制造过程至制造流程完成。

2.根据权利要求1所述的激光激励超声能场辅助等离子弧载粉增材制造方法，其特征在于：所述等离子弧电流脉冲与激光脉冲为异步脉冲。

3.根据权利要求1或2所述的激光激励超声能场辅助等离子弧载粉增材制造方法，其特征在于：所述高频脉冲激光束的作用模式包括定点作用模式或微动扫描作用模式；

所述定点作用模式为高频脉冲激光束定点作用于等离子弧熔池区域，定点作用区域为等离子弧熔池尾部，且高频脉冲激光束的运动速率与等离子弧热源运动速率相同；

所述微动扫描作用模式为高频脉冲激光束以圆形轨迹、椭圆形轨迹、三角形轨迹、月形轨迹或直线往复轨迹作用于熔池区域，微动扫描区域为等离子弧熔池尾部，且微动扫描区域面积≥1/3等离子弧熔池表面积，微动扫描频率与等离子弧热源运动速率成正比。

4.根据权利要求1或2所述的激光激励超声能场辅助等离子弧载粉增材制造方法，其特征在于：所述等离子弧主弧电流范围为30~140A，其电流为连续输出的直流电弧电流或交流电弧电流，送粉方式为同轴送粉。

5.根据权利要求1或2所述的激光激励超声能场辅助等离子弧载粉增材制造方法，其特征在于：所述增材成形制造程序的生成流程为：对零件三维建模，通过分层软件对模型进行分层处理，得到扫描路径数据，生成增材成形制造程序。