一种铝钛合金复合热源增材制造方法技术

本发明专利技术涉及一种铝钛合金复合热源增材制造方法，属于材料加工技术领域。该方法包括如下步骤：三维建模、分层处理、路径规划、基板预处理及以铝焊丝和钛焊丝为原料进行增材制造；在增材制造过程中，激光束和等离子电弧从同一喷嘴中输出，能够进一步集中能量产生共熔池，有利于提高铝焊丝和钛焊丝的熔融效率，不仅可以使热源产生的共熔池的面积更大，实现较大尺寸工件的增材制造；还可以降低共熔池的凝固效率，进而大大减少工件上裂纹的数量；本发明专利技术以铝焊丝和钛焊丝为原料，原料成本较低；本发明专利技术通过调节送丝速率，调控铝钛合金工件在水平方向和垂直方向上铝和钛配比，从而实现合金组分在水平方向和垂直方向上的梯度控制。在水平方向和垂直方向上的梯度控制。在水平方向和垂直方向上的梯度控制。

【技术实现步骤摘要】
一种铝钛合金复合热源增材制造方法


[0001]本专利技术涉及材料加工
，尤其涉及一种铝钛合金复合热源增材制造方法。

技术介绍

[0002]增材制造是通过软件和数控系统将专用的金属材料、非金属材料及医用生物材料，按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积，制造出实体物品的制造技术。
[0003]目前铝钛合金工件大多利用粉末床熔融方式进行增材制造，包括激光选区熔化、电子束选区熔化等方式。这种粉末床熔融方式需要将原料制备成粉末状，成本较高，而且粉末床熔融方式制造出的工件尺寸受到限制，增材制造效率较低，而且难以在水平方向或厚度方向调控各成分的梯度。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种铝钛合金复合热源增材制造方法，该方法效率高，能实现较大尺寸工件的增材制造，制造出来的产品性能好。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
[0006]一种铝钛合金复合热源增材制造方法，包括如下步骤：
[0007](1)对目标工件进行三维建模，生成增材成型毛坯的三维实体模型；
[0008](2)对所述三维实体模型进行分层处理，对每一层进行增材路径规划，生成加工轨迹；
[0009](3)将基板预处理后放置于工作台上；
[0010](4)机械手带动复合热源组件按照所述加工轨迹运行，复合热源组件包括复合热源喷嘴、激光头及两个钨极，激光头和两个钨极对准复合热源喷嘴的出口；从复合热源喷嘴输出由一组激光束和两组等离子电弧组成的复合热源，在基板上产生共熔池；同时利用气体喷嘴向复合热源喷嘴周围输出保护气体，利用送丝机将铝焊丝和钛焊丝输送到复合热源产生的共熔池中，所述共熔池中的铝焊丝和钛焊丝在复合热源的作用下熔融堆积成一层堆焊层；
[0011](5)一层堆焊层完成后，利用机械手将复合热源组件在竖直方向上的高度升高一个堆焊层的厚度，然后按照步骤(4)进行下一层的熔融堆积；
[0012](6)重复步骤(5)直至逐层堆积成铝钛合金工件。
[0013]在本专利技术中，等离子电弧产生的等离子气体起扰动作用，使共熔池内的熔融流体的加速流动；激光束和等离子电弧从同一喷嘴中输出，能够进一步集中能量，有利于提高铝焊丝和钛焊丝的熔融效率，不仅可以使热源产生的共熔池的面积更大，实现较大尺寸工件的增材制造；还可以降低共熔池的凝固效率，进而大大减少工件上裂纹的数量。
[0014]以铝焊丝和钛焊丝为原料，原料成本较低，通过调控送丝速率即可调控铝钛合金工件在水平方向和垂直方向上铝和钛配比，容易实现合金组分在水平方向和垂直方向上的梯度控制。
[0015]作为本专利技术的优选实施方式，两个钨极对称设置于所述激光头行进方向的两侧。
[0016]作为本专利技术的优选实施方式，所述铝焊丝的送丝角度与所述钛焊丝的送丝角度相同，均为15～60
°
(进一步优选为30
°
)；所述铝焊丝的送丝速率为1～10m/min(进一步优选为3～5m/min)；所述钛焊丝的送丝速率为1～10m/min(进一步优选为3～5m/min)。
[0017]由于本专利技术的铝焊丝和钛焊丝的送丝角度一致，两个钨极对称设置于所述激光头的前后两侧，可以在前一堆焊层完成后，机械手无需复位至起始位置，只需调整复合热源组件高度，即可开始进行下一层的熔融堆积；这样既可以提高增材制造效率，又可以减少热积累带来的末端坍塌效应。
[0018]作为本专利技术的优选实施方式，所述铝焊丝与所述钛焊丝在激光束处交汇。
[0019]作为本专利技术的优选实施方式，采用等离子电源向所述钨极供电，所述钨极的电流为50～250A(进一步优选为150～200A)，两个钨极尖端之间的间距为1～5mm。
[0020]作为本专利技术的优选实施方式，所述激光束的功率为2～10kW(进一步优选为4～6kW)；所述激光束的以0～1m/s的旋转速率对共熔池内的熔融流体进行搅拌(进一步优选为0.5～0.8m/s)。
[0021]激光束在移动过程中高速旋转，可以起到搅拌的作用，增强共熔池内熔融流体的流动性，使钛焊丝和铝焊丝在熔融的同时混合均匀。所述共熔池用于同时熔化所述钛焊丝和铝焊丝，熔化后通过激光束旋转对共熔池内的熔融流体进行搅拌。
[0022]作为本专利技术的优选实施方式，所述保护气体为氩气、氦气中的至少一种，所述保护气体的流量为15～25L/min(进一步优选为15～20L/min)。
[0023]作为本专利技术的优选实施方式，所述铝焊丝的直径为1.2mm，所述钛焊丝的直径为1.2mm。
[0024]作为本专利技术的优选实施方式，所述堆焊层的厚度为0.25～3mm。
[0025]作为本专利技术的优选实施方式，以0.8～1.2m/min的堆焊速度堆积成一层堆焊层。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0027](1)本专利技术通过等离子电弧产生的等离子气体起扰动作用，使共熔池内的熔融流体的加速流动；激光束和等离子电弧从同一喷嘴中输出，能够进一步集中能量，有利于提高铝焊丝和钛焊丝的熔融效率，不仅可以使热源产生的共熔池的面积更大，实现较大尺寸工件的增材制造；还可以降低共熔池的凝固效率，进而大大减少工件上裂纹的数量；
[0028](2)本专利技术以铝焊丝和钛焊丝为原料，原料成本较低；
[0029](3)本专利技术通过调节送丝速率，调控铝钛合金工件在水平方向和垂直方向上铝和钛配比，从而实现合金组分在水平方向和垂直方向上的梯度控制。
附图说明
[0030]图1为本专利技术提供的铝钛合金复合热源增材制造的工作原理图。
[0031]图中，1
‑
基板，2
‑
复合热源喷嘴，3
‑
激光头，4
‑
钨极，5
‑
送丝机，6
‑
气体喷嘴，7
‑
铝焊丝，8
‑
钛焊丝，9
‑
共熔池，10
‑
堆焊层，11
‑
激光束，12
‑
等离子电弧。
具体实施方式
[0032]为更好地说明本专利技术的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本专利技术
作进一步说明。实施例1～18
[0033]一种铝钛合金复合热源增材制造方法，具体包括如下步骤：
[0034](1)对目标工件进行三维建模，生成增材成型毛坯的三维实体模型；
[0035](2)对所述三维实体模型进行分层处理，对每一层进行增材路径规划，生成加工轨迹；
[0036](3)将基板1用砂纸打磨、抛光后，清洗，去除表面杂质，吹干后，放置于工作台上；
[0037](4)将复合热源组件安装在机械手上；复合热源组件包括复合热源喷嘴2、激光头3及两个钨极4，两个钨极4对称设置于激光束行进方向的两侧，激光头3和两个钨极4对准复合热源喷嘴2的出口，采用等离子电源本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铝钛合金复合热源增材制造方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)对目标工件进行三维建模，生成增材成型毛坯的三维实体模型；(2)对所述三维实体模型进行分层处理，对每一层进行增材路径规划，生成加工轨迹；(3)将基板预处理后放置于工作台上；(4)机械手带动复合热源组件按照所述加工轨迹运行，复合热源组件包括复合热源喷嘴、激光头及两个钨极，激光头和两个钨极对准复合热源喷嘴的出口；从复合热源喷嘴输出由一组激光束和两组等离子电弧组成的复合热源，在基板上产生共熔池；同时利用气体喷嘴向复合热源喷嘴周围输出保护气体，利用送丝机将铝焊丝和钛焊丝输送到复合热源产生的共熔池中，所述共熔池中的铝焊丝和钛焊丝在复合热源的作用下熔融堆积成一层堆焊层；(5)一层堆焊层完成后，利用机械手将复合热源组件在竖直方向上的高度升高一个堆焊层的厚度，然后按照步骤(4)进行下一层的熔融堆积；(6)重复步骤(5)直至逐层堆积成铝钛合金工件。2.如权利要求1所述的铝钛合金复合热源增材制造方法，其特征在于，两个钨极对称设置于所述激光头行进方向的两侧。3.如权利要求1所述的铝钛合金复合热源增材制造方法，其特征在于，所述铝焊丝的...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗子艺，蔡得涛，刘伟清，易耀勇，
申请(专利权)人：广东省科学院中乌焊接研究所，
类型：发明
国别省市：