[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

摘要

本发明公开了一种激光激励超声能场辅助等离子弧载粉增材制造方法，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，使得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；3）设定激光束作用模式；4）开始成形制造过程至制造流程完成。其能够提高材料熔凝结构致密度，提高熔池中的异质形核率，促进均匀形核，使熔池凝固过程晶粒生长得以显著细化。

主权项

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，脉冲激光束在后，使得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，激光脉冲能量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，出射激光束，激光脉冲频率为可听声频100Hz～20kHz或超声频20kHz以上，脉冲峰值功率不低于2kW，开始成形制造过程至制造流程完成。