[发明专利]一种基于低功率激光诱导TIG电弧的不锈钢结构件增材制造方法及制造系统

权利要求书

1.一种基于低功率激光诱导TIG电弧的不锈钢结构件增材制造方法，其特征在于，采用低功率激光与TIG电弧作为复合热源，通过外加的送丝装置将不锈钢焊丝送入熔池，使不锈钢焊丝稳定融化并在基板上铺展，按照指定路线进行堆焊，逐层累加形成所需结构的不锈钢结构件，包括如下步骤：

S1、根据所需不锈钢结构件的尺寸，选择使用不锈钢焊丝的直径和焊接工艺参数；所述焊接工艺参数包括送丝速度、焊接电流、焊接速度、激光功率和保护气体流量；当通过316不锈钢增材制造墙体的堆积时，焊接电流为300A、焊接速度为1000mm/min、送丝速度为3000mm/min、激光功率为400W；当通过304不锈钢增材制造墙体的堆积时，焊接电流为500A、焊接速度为2500mm/min、送丝速度为6500mm/min、激光功率为1000W；当通过308不锈钢增材制造墙体的堆积时，焊接电流为100A、焊接速度为200mm/min、送丝速度为800mm/min、激光功率为100W；

S2、通过软件制作所需不锈钢结构件的三维模型，利用路径规划软件将三维模型分层切片后转换为控制设备运动程序输出，得到增材制造的加工路径；

S3、根据待成形不锈钢结构件的尺寸选择适用的基板，打磨铣平所述基板表面，用无水乙醇清洗并将其固定于水平工作台上，制造前将所述基板进行预热，预热温度为50℃~200℃；

S4、采用低功率激光与TIG电弧作为复合热源，根据焊接环境，设置TIG焊枪与基板之间的位置，调整TIG电弧的角度、低功率激光的入射角度以及低功率激光与TIG电弧之间的夹角；

S5、通过外加的送丝装置将所述不锈钢焊丝送入熔池，使不锈钢焊丝稳定融化并在所述基板上铺展，按照步骤S1设置的工艺参数和步骤S2规划的加工路径进行堆焊，逐层累加形成所需不锈钢结构件；

焊接时，采用往复行走的焊接路径，起弧处多余的熔敷量与收弧处电弧吹力产生的凹坑相互弥补。

2.根据权利要求1所述的基于低功率激光诱导TIG电弧的不锈钢结构件增材制造方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述不锈钢焊丝直径尺寸为0.6mm~2.0mm。

3.根据权利要求1所述的基于低功率激光诱导TIG电弧的不锈钢结构件增材制造方法，其特征在于，所述步骤S1中，保护气体流量5~35L/min，保护气采用氩气，步骤S5中，堆焊过程中，保护气层间停留时间1min~20min，保证连续增材过程中过渡稳定，待所述基板温度下降到50℃~200℃时，再进行下一道堆积。

4.根据权利要求1所述的基于低功率激光诱导TIG电弧的不锈钢结构件增材制造方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述低功率激光的入射光束与所述基板的夹角为90°，所述TIG焊枪与所述基板夹角α为10°~85°，所述不锈钢焊丝与所述基板夹角β为5°~85°。

5.一种低功率激光与TIG电弧复合增材制造系统，其特征在于，所述制造系统应用于权利要求1-4任意一项权利要求所述的基于低功率激光诱导TIG电弧的不锈钢结构件增材制造方法中，具体包括：

激光器，用于发射激光功率为0~1000W的激光束；

TIG焊机，用于与所述激光器配合，以低功率激光与TIG电弧作为复合热源进行焊接；

送丝装置，用于夹持不锈钢焊丝，将其送入熔池稳定融化并在基板上铺展；

焊接夹持装置，用于固定所述激光器、所述TIG焊机和所述送丝装置，保持同步运动；

通过调整所述激光器的激光束、所述TIG焊机的TIG电弧和所述送丝装置的焊丝之间的角度，及所述激光器的激光束、所述TIG焊机的TIG电弧和所述送丝装置的焊丝与待成形的不锈钢结构件基板之间的角度，按照规划的焊接路径进行堆焊，逐层累加形成所需不锈钢结构件。

6.根据权利要求5所述的低功率激光与TIG电弧复合增材制造系统，其特征在于，所述TIG焊机的钨极距离所述基板1~8mm，所述不锈钢焊丝距离所述基板0~8mm，根据需要调整离焦量，保证低功率激光斑点打在熔池内部。