[发明专利]一种铜及其合金的电弧/激光复合增材制造方法

说明书

本发明公开的一种基于铜及其合金的增材制造方法，属于金属材料增材制造与堆焊技术领域。本发明以电弧和激光为热源，采用电弧/激光复合增材方法，进行铜及其合金的增材制造。通过预热温度、电弧电流、激光功率、层间温度的调整，保证增材过程稳定进行。最终得到了宏观形貌良好，内部无气孔、裂纹的薄壁件。经检测，薄壁件具有良好的抗拉强度。

技术领域

本发明涉及金属材料增材制造与焊接技术领域，具体涉及一种铜及其合金的电弧/激光复合增材制造方法。

背景技术

新一代高科技重点发展领域为信息技术、先进轨道交通装备、航空航天装备、节能与新能源汽车等。铜及其合金材料因具有良好的导电性、导热性、较高的强度、较好的耐腐蚀性能，已经成为航空航天、汽车能源、集成电路、交通轨道等领域发展离不开的材料之一。

增材制造工艺作为一种新兴的加工工艺，与传统的减材加工工艺相比，具有产品制造周期短，生产效率高，无需模具，成本低，材料利用率高等一些列优点。但铜合金材料由于具有高熔点、高反射性、高导热性等特点，使得以电弧为热源的铜合金增材制造存在微观组织粗大，性能较差的问题；以激光为热源的铜合金增材制造存在反射率高，成型困难，成形薄壁件致密度低的问题。中国专利CN109807560A公开了一种铜合金的丝材电弧增材制造方法，该方法利用冷却辊压辅助进行铜合金电弧增材成形，实现了高致密度铜合金增材制造，但铜合金丝材电弧增材制造过程中存在热输入大导致的微观组织粗大，增材体的力学性能差的缺陷。中国专利CN104625412A公开了一种铜合金激光-冷金属过渡复合热源增材制造的方法。该方法采用激光与冷金属过渡电弧作为复合热源，通过熔化铜合金焊丝进行堆焊，实现铜合金制品的增材制造。但该方法采用的激光功率较大，增材过程容易引起铜合金飞溅，产生增材工艺缺陷。

激光/电弧复合热源进行铜合金的增材制造，可以在保持采用单一热源增材制造优点的同时，避免上述单一热源增材制造组织粗大，致密度低等工艺缺陷和不足，产生1+12的增材制造效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种铜及其合金的电弧/激光复合增材制造方法。该方法无需夹具，过程简单；成型薄壁件致密度高，内部无裂纹、气孔缺陷。复合热源的铜合金增材制造扩大了铜合金在航空航天、电子机械、军工国防等领域的应用。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于铜及其合金的增材制造方法，所述方法为铜及其合金的电弧/激光复合增材制造方法，具体包括以下步骤：

(1)预热基板，预热温度T1＝800-5A_电，其中A_电为第一层电弧电流大小；

(2)调整激光与焊枪之间的夹角θ，θ＝θ₁+θ₂，保证θ角在45°～55°之间，实现激光热源与电弧热源之间的良好耦合，其中θ₁为激光器与竖直方向的夹角，为3°～15°，θ₂为焊枪与竖直方向的夹角，为35°～50°；

(3)在预热后的基板上进行铜及其合金的电弧/激光复合增材制造，先启动电弧，后同时启动激光器和送丝机构；增材过程中保证4≤V_丝/V_扫≤6，其中V_丝为送丝速度，V_扫为扫描速度；增材过程中激光平均功率依据电弧电流的大小进行调整，层间温度依据激光平均功率进行调整；激光平均功率P＝200-5(A_电-110)，层间温度T2＝400-P；

(4)增材过程中，每成型一层，电弧电流增加10～14A，当电流达到160A～180A时，后续增材电弧电流保持不变；

进一步地，步骤(1)中，第一层电弧电流A_电为110A～130A的交流电流。