[发明专利]一种双激光束电弧多热源复合增材方法

说明书

本发明属于增材制造领域技术，具体提供了一种双激光束电弧多热源复合增材方法。该系统包括保护气瓶、CMT焊机、送丝机、计算机、焊接机器人、CCD相机、焊接参数采集器、工作台及变位机、焊接机器人控制柜、光纤激光器、红外温度监测器、双光束激光头。利用双激光束+电弧相互协同组成多热源融化丝材进行增材制造，通过调节双激光束的角度、功率，送丝速度，电弧功率等参数，可以实现不同结构件的增材制造。与传统增材相比，双激光束+电弧多热源的复合，可以明显地提高增材过程各热源的稳定性，减少由于热源不稳定产生的缺陷。此外，通过调节各热源能量配比，可以有效地控制热输入，控制增材变形，提高增材精度和结构质量。

技术领域

本发明涉及复合热源增材制造技术领域，尤其涉及一种双激光束电弧多热源复合增材方法。

背景技术

增材制造技术是近年来迅速发展的一种制造技术，增材制造技术按热源分主要分为激光增材技术与电弧增材技术。激光增材成型精度高、升本高、增材效率较低。电弧增材熔滴沉积效率高，成型精度较激光增材差。

CMT技术是通过焊丝回抽机制实现无电流金属过渡，具有无飞溅、热输入低、熔滴过渡稳定等优点，但CMT电弧增材过程中仍会出现层间未融合现象。为克服CMT电弧增材出现的层间未融合、进一步提高CMT增材速率，国内外学者采用了CMT+激光复合热源进行增材制造，2002年由江苏科技大学胥国祥等人申请的公告号为CN104625412A的发明专利《一种铜合金激光-冷金属过渡复合热源增材制造的方法》中采用CMT+激光复合热源，改善了铜合金的增材质量。2019年由大连理工大学吴东江等人申请的申请号为CN 109759707A的发明专利《一种铝合金环形件激光-TIG复合热源增材制造方法》采用激光-TIG复合热源实现了铝合金环形件的增材制造。

然而，传统激光-电弧复合热源往往采用单光束激光作为激光热源，尽管增材精度有所提高，但增材效率仍然较低，难以满足大构件的增材生产。此外，由于单光束激光的能量密度过于集中，导致材料烧损严重。

发明内容

为了改善传统激光-电弧复合热源增材材料烧损严重的问题，本发明提供一种双激光束电弧多热源复合增材方法。

实现本发明目的提供技术方案如下：

采用双光束激光复合CMT电弧作为增材热源。其主要步骤为：

S1：清理基板表面，除去表面杂物以及氧化物，打开保护气瓶，CCD相机、红外测温仪，为双激光束电弧多热源复合增材做好准备；

S2：进行单道焊接工艺参数试验，确定各增材工艺参数；

S3：将三维实体零件模型图切片分层处理后导入控制系统中，控制系统根据切片分层计算生成焊接机器人行走轨迹；

S4：启动焊接机器人，启动焊机与激光器，调节激光器功率、离焦量、双光束热源间距，双光束角度，预热扫描速度，采用双光束激光对基板进行扫描预热至合适温度。

S5：预热结束后，调节增材工艺参数，设置送丝速度，增材速度，激光功率,离焦量,双光束热源间距，双光束角度。

S6：预送气，CMT焊枪按设置好的程序移至起弧点进行起弧，焊接机器人按预设轨迹移动进行增材制造；

S7：将焊枪在高度方向上抬高一个层高，然后按照步骤S6进行下一层的熔融堆积；

S8：重复步骤S7直至完成增材制造，焊枪熄弧、激光头停止出光，保护气停止送气；

S9：在完成S8步骤后，把焊枪移动到的安全位置，关闭激光器、CMT焊机，完成双激光束电弧多热源复合增材制造。