【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属材料增材制造，特别是涉及一种低电阻率材料激光-电弧复合增材制造装置及方法。
技术介绍
1、增材制造也就是常说的3d打印技术，是通过一层层堆积的方式将数字化模型直接制造出三维实体零件的一种技术。在金属增材制造过程中，熔化的金属材料主要分为粉末状和丝材状。相对于前者，后者材料利用率高、金属沉积率快，组织致密性好、经济性强，且无粉尘污染，因此，受到人们越来越多的重视。
2、对于低电阻率金属材料(铝合金、铜合金等)对激光的反射很高，热导率较大，因此采用激光填丝焊的方式进行增材制造时，激光能量利用率较低，需要更高功率的激光器，进而增加了增材制造的成本。由于低电阻率金属材料(铝合金、铜合金等)氧化膜熔点很高，疏松氧化膜易吸收空气中水蒸气，焊接过程中易形成氢气孔、氧化膜气孔等缺陷，工件熔化后的液态金属流动性差，若热源功率过大时，熔池成形困难。tig增材制造，电弧较为稳定但是焊接速度较低，增材制造效率低；而采用mig电弧增材制造时容易产生焊接飞溅，mig较cmt对增材制造母材的热输入更大，造成增材制造工件变形量大、组织晶粒粗大，力学性能差的缺陷。
3、中国专利《一种铜合金激光-冷金属过渡复合热源增材制造的方法》，公开日为2015.05.20，公开的通过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，铜合金制品由堆焊层逐层叠加。但是在进行激光-cmt复合增材制造时，由于cmt过渡形式不同于普通的mig/mag焊，为短路过渡，因此当光丝间距过近时，易干扰激光作用效果，产生气孔等缺陷，而到电
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种低电阻率材料激光-电弧复合增材制造装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种低电阻率材料激光-电弧复合增材制造装置，用于在基材上进行增材制造,所述基材用于放置加工的增材制造层；所述基材上方沿增材制造方向依次布置有cmt焊枪、第二激光器、第一激光器和tig焊枪；所述tig焊枪与所述第一激光器之间加装有超声变幅杆；所述基材的两端分别电性连接有tig电源和cmt电源，所述tig电源电性连接有tig焊枪，所述cmt电源电性连接有cmt焊枪。
3、优选的，所述第一激光器和所述第二激光器均为ndyag激光器或光纤激光器中任意一种。
4、优选的，所述第一激光器与所述tig焊枪通过夹具夹持，所述超声变幅杆与所述夹具固定连接。
5、优选的，所述tig焊枪与水平面的夹角a为50°～90°，所述cmt焊枪与水平面的夹角θ为60°～90°。
6、优选的，所述tig电源的电流为10a～90a，cmt焊接电流为60a～270a。
7、优选的，所述第一激光器的功率为500w～10000w，所述第二激光器的功率为80w～4000w；所述tig焊枪的电弧与所述第一激光器的光束的间距为0mm～10mm，所述第一激光器的光束和所述第二激光器的光束的间距为0.6mm～13mm，所述cmt焊枪的焊丝与所述第二激光器的光束的间距为0mm～1mm。
8、优选的，所述超声变幅杆的超声振动频率为5khz～700khz，振动幅度为1um～90um。
9、本专利技术还提供了一种低电阻率材料激光-电弧复合增材制造方法，包括以下步骤：
10、步骤一、将所述tig焊枪与所述tig电源相连，所述cmt焊枪1与所述cmt电源相连，同时tig电源、cmt电源与基材相连；
11、步骤二、将所述tig焊枪和所述第一激光器采用夹具固定，将固定所述tig焊枪和所述第一激光器的夹具与所述超声变幅杆连接；
12、步骤三、启动用于所述超声变幅杆，随后启动所述cmt焊枪、所述tig焊枪、所述第一激光器和所述第二激光器；
13、步骤四、在所述基材上沿增材制造方向逐层实现低电阻率材料激光-电弧复合增材制造。
14、优选的，所述第一激光器、所述第二激光器的激光能量的输出模式为连续输出或者脉冲输出。
15、优选的，所述cmt焊枪送丝速度为0.1m/min～10m/min，焊丝直径为0.6mm～4mm。
16、本专利技术公开了以下技术效果：
17、(1)本专利技术的方法，沿焊接方向，小能量的tig焊枪在前能够起到预热作用提高第一激光器的能量利用率，第一激光器(大能量的激光束，形成熔池和匙孔)，通过超声变幅杆作用于tig焊枪和第一激光器，不仅能够去除基材表面的氧化膜而且可提高激光形成熔池的温度场的均匀性，降低局部内应力积累集中与组织偏析现象，降低增材制造成形件的变形开裂倾向；
18、(2)焊丝向前送进或者焊丝回抽时，第二激光器(小能量的激光束)与焊丝的光丝间距较近均能起到吸引压缩电弧的复合作用，提高了电弧稳定性及熔滴过渡的稳定性；
19、(3)焊丝向前送进或者焊丝回抽时，焊丝距离第一激光器(大能量的激光束)较远，不会对大能量的激光束形成的匙孔造成冲击，提高匙孔的稳定性，降低了焊缝气孔率。
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1.一种低电阻率材料激光-电弧复合增材制造装置，用于在基材(8)上进行增材制造,其特征在于：所述基材(8)用于放置加工的增材制造层(9)；所述基材(8)上方沿增材制造方向依次布置有CMT焊枪(1)、第二激光器(2)、第一激光器(3)和TIG焊枪(6)；所述TIG焊枪(6)与所述第一激光器(3)之间加装有超声变幅杆(5)；所述基材(8)的两端分别电性连接有TIG电源(7)和CMT电源(11)，所述TIG电源(7)电性连接有TIG焊枪(6)，所述CMT电源(11)电性连接有CMT焊枪(1)。
2.根据权利要求1所述的一种低电阻率材料激光-电弧复合增材制造装置，其特征在于：所述第一激光器(3)和所述第二激光器(2)均为NDYAG激光器或光纤激光器中任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种低电阻率材料激光-电弧复合增材制造装置，其特征在于：所述第一激光器(3)与所述TIG焊枪(6)通过夹具(4)夹持，所述超声变幅杆(5)与所述夹具(4)固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种低电阻率材料激光-电弧复合增材制造装置，其特征在于：所述TIG焊枪(6)与水平
5.根据权利要求1所述的一种低电阻率材料激光-电弧复合增材制造装置，其特征在于：所述TIG电源(7)的电流为10A～90A，CMT焊接电流为60A～270A。
6.根据权利要求1所述的一种低电阻率材料激光-电弧复合增材制造装置，其特征在于：所述第一激光器(3)的功率为500W～10000W，所述第二激光器(2)的功率为80W～4000W；所述TIG焊枪(6)的电弧与所述第一激光器(3)的光束的间距为0mm～10mm，所述第一激光器(3)的光束和所述第二激光器(2)的光束的间距为0.6mm～13mm，所述CMT焊枪(1)的焊丝与所述第二激光器(2)的光束的间距为0mm～1mm。
7.根据权利要求1所述的一种低电阻率材料激光-电弧复合增材制造装置，其特征在于：所述超声变幅杆(5)的超声振动频率为5kHz～700kHz，振动幅度为1um～90um。
8.一种低电阻率材料激光-电弧复合增材制造方法，应用于权利要求1-7任一所述的一种低电阻率材料激光-电弧复合增材制造装置，其特征在于：包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的一种低电阻率材料激光-电弧复合增材制造方法，其特征在于：所述第一激光器(3)、所述第二激光器(2)的激光能量的输出模式为连续输出或者脉冲输出。
10.根据权利要求8所述的一种低电阻率材料激光-电弧复合增材制造方法，其特征在于：所述CMT焊枪(1)送丝速度为0.1m/min～10m/min，焊丝直径为0.6mm～4mm。
...【技术特征摘要】
1.一种低电阻率材料激光-电弧复合增材制造装置，用于在基材(8)上进行增材制造,其特征在于：所述基材(8)用于放置加工的增材制造层(9)；所述基材(8)上方沿增材制造方向依次布置有cmt焊枪(1)、第二激光器(2)、第一激光器(3)和tig焊枪(6)；所述tig焊枪(6)与所述第一激光器(3)之间加装有超声变幅杆(5)；所述基材(8)的两端分别电性连接有tig电源(7)和cmt电源(11)，所述tig电源(7)电性连接有tig焊枪(6)，所述cmt电源(11)电性连接有cmt焊枪(1)。
2.根据权利要求1所述的一种低电阻率材料激光-电弧复合增材制造装置，其特征在于：所述第一激光器(3)和所述第二激光器(2)均为ndyag激光器或光纤激光器中任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种低电阻率材料激光-电弧复合增材制造装置，其特征在于：所述第一激光器(3)与所述tig焊枪(6)通过夹具(4)夹持，所述超声变幅杆(5)与所述夹具(4)固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种低电阻率材料激光-电弧复合增材制造装置，其特征在于：所述tig焊枪(6)与水平面的夹角a为50°～90°，所述cmt焊枪(1)与水平面的夹角θ为60°～90°。
5.根据权利要求1所述的一种低电阻率材料激光-电弧复合增材制造装置，其特征在于：所述tig电源(7)的电流为1...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭进，凌自成，许红巧，王星星，殷硕，施建军，原志鹏，倪增磊，杨志斌，夏鸿博，苏轩，陈志宏，张震，
申请(专利权)人：华北水利水电大学，
类型：发明
国别省市：
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