激光电弧复合沉积方法技术

本发明专利技术涉及一种激光电弧复合沉积方法，采用焊丝间产生电弧，熔化焊丝，熔化液滴落在基板沉积层，电弧电流200‑360A，电压28‑45V，正极焊枪的送丝速度8‑12m/min，负极焊枪的送丝速度9‑13m/min，同时利用激光束补偿沉积焊道，激光束宽度为焊丝直径的2‑5倍，长度为焊丝直径的5‑10倍，扫描反射镜呈正弦运动，振动频率10‑20HZ，该方法可充分利用电弧能量，提高沉积效率。

【技术实现步骤摘要】
激光电弧复合沉积方法
本专利技术涉及一种激光电弧复合沉积方法，属于表面处理和焊接
，特别是涉及采用焊丝间直接产生电弧、同时辅以激光补偿热源的新型沉积方法，提高了沉积效率。
技术介绍
金属涂层的沉积技术或制备技术，种类多，优劣势明显。从热源上看，有电弧、激光束、等离子束、电子束等；从填充材料上看，有丝材、粉末、预涂层，丝和粉末同时添加等。从效率上看，电弧热源搭配丝材是最高效的方式。在具体应用场合下，多丝技术、丝和粉末同时添加方式，甚至是电弧和激光复合方式也能发挥特定优势。现有电弧技术采用焊丝和基材作为正负两极来产生电弧，一部分能量用来熔化焊丝，一部分能量用来熔化母材。对于普通焊接过程来说，分配部分能量熔化基材是必要的。但对于金属涂层制备来说，需要减少对基材的热输入量，并增加熔化填充材料的能量和效率，从而提高整个沉积或制备过程效率。现有电弧和激光复合模式是在现有电弧模式基础上，通过精确就引入激光束能量，从而可提高单个电弧技术或激光技术的效率。但是电弧能量中用于熔化基材的那部分能量始终没有被利用起来，这制约了其进一步发展。
技术实现思路
本专利技术的目的在于激光电弧复合沉积加工方法，利用焊丝间直接产生电弧、同时辅以激光补偿热源的方法，提高了沉积效率。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：激光电弧复合沉积方法，采用来自焊枪1#和焊枪2#的焊丝直接产生电弧，一个为正极，一个为负极，保护气体为Ar+5-10％CO2，两个焊枪之间的夹角80-100°，且焊枪前端向下倾斜，角度3-10°；产生的电弧熔化焊丝5，焊枪电源8和焊丝规格决定了电弧电压；焊丝熔化形成焊丝熔滴6，熔化液滴落在基板9上形成沉积焊道3；同时利用激光器7产生的投射激光束4补偿沉积焊道3，提高沉积效率。电弧焊接电流200-360A，电压28-45V，正极焊枪的送丝速度8-12m/min，负极焊枪的送丝速度9-13m/min，两者之间差值0.4-1.5m/min，焊丝直径0.8-1.6mm。激光束通过扫描反射镜产生投射激光束，宽度为焊丝直径的2-5倍，长度为焊丝直径的5-10倍，扫描反射镜呈正弦往复运动，振动频率10-20HZ。方法及装置说明如下：采用来自焊枪1#和焊枪2#的焊丝直接产生电弧，一个为正极，一个为负极，保护气体为Ar+5-10％CO2，两个焊枪之间的夹角80-100°，且焊枪前端向下倾斜，角度3-10°。两个焊枪分别作为正负极，用于相互间直接产生电弧，这样电弧能量会全部用于熔化焊丝，提高了能量利用效率。省去了现有电弧技术中，不可避免的相当一部分能量用来熔化基材。保护气体为Ar+5-10％CO2，主要用于保护电弧和焊丝熔化，防止来自周围空气中的氮氧等的反应。焊枪之间夹角80-100°，即90±10°。当夹角低于80°或超过100°会提高电弧生成能量，不利于电弧生成；同时，也不利于焊丝充分利用电弧能量来快速熔化。焊枪前端向下倾斜，角度3-10°。一方面是利于熔化焊丝液滴向下过渡到基材表面形成沉积层，一方面也利于焊丝的持续熔化、并确保过程稳定性。电弧熔化焊丝5，焊枪电源8和焊丝规格决定了电弧电压；焊丝熔化形成焊丝熔滴6，熔化液滴落在基板9上形成沉积焊道3；同时利用激光器7产生的投射激光束4补偿沉积焊道3，提高沉积效率。焊丝5之间直接产生电弧、并熔化自身。焊枪电源的参数设置、焊丝规格等决定了电弧电压。电弧焊接电流200-360A。当焊接电流低于200A时，不利于焊丝熔化和沉积效率；当焊接电流超过360A时，焊接飞溅增大、沉积层表面质量恶化。因此，优选电流值200-360A。电弧电压28-45V。当焊接电压低于28V时，不利于沉积层宽度控制；当电压超过45V时，焊丝液滴下落轨迹不稳定，容易导致沉积层宽度过大，且对基材的熔化不充分，恶化成型质量。因此，优选电压值28-45V。正极焊枪的送丝速度8-12m/min，负极焊枪的送丝速度9-13m/min，两者之间差值0.4-1.5m/min。送丝速度决定了沉积效率。由于负极的能量偏高，导致负极焊丝的熔化效率高于正极焊丝，因此负极焊枪的送丝速度高于正极焊枪。当两者的速度差控制在0.4-1.5m/min之间时，焊丝之间形成的电弧和焊丝熔化会形成一个稳态，从而确保沉积过程顺利进行。正极焊枪和负极焊枪的送丝速度分别低于下限值8和9m/min时，不利于效率提高；当两者的送丝速度分别高出上限值12和13m/min时，焊丝熔化不充分，焊丝液滴能量不足，不能充分熔化与其解除的基材表面，影响沉积层质量。焊丝直径0.8-1.6mm。焊丝直径低于0.8mm时，效率偏低；当焊丝直径超过1.6mm时，一方面会提高焊丝间生产电弧难度，另一方面由于熔化液滴尺寸变大，飞溅增大，导致沉积成型质量变差。激光束通过扫描反射镜产生投射激光束，宽度为焊丝直径的2-5倍，长度为焊丝直径的5-10倍，扫描反射镜呈正弦往复运动，振动频率10-20HZ。基材是依靠掉落到其表面的熔化液滴，并吸收其能量而发生局部熔化，从而形成沉积层。但由于熔化液滴的能量集中在中间，会导致沉积层两侧的基材吸收能量不足，从而不利于沉积层金属的成型。投射到基材表面的激光束就是为了弥补沉积层两侧的能力不足问题。因此，其通过一个扫描发射镜来控制光束沿沉积层宽度方向的能量分布。当其采用正弦往复运动，并将发射镜的振动频率控制在10-20HZ，可有效弥补沉积层两侧的能量不足问题，并可将沉积等的成型质量、表面质量控制在一个较好水平。投射激光束在弥补沉积层两侧能量不足的同时，也会对基材起到预热作用，其投射激光束的宽度和长度也对能量弥补、沉积层成型质量有影响。宽度为焊丝直径的2-5倍，长度为焊丝直径的5-10倍。激光束的宽度方向是沉积方向，激光束的长度方向垂直于沉积方向。当激光束宽度低于2倍焊丝直径时，预热效果不理想；当宽度超过5倍焊丝直径时，光束能量密度偏低，预热效果较差。因此，优选宽度是2-5倍焊丝直径。当激光束长度低于5倍焊丝直径时，对沉积层两侧的能量弥补不充分；当激光束长度超过10倍焊丝直径时，会大大超过沉积层的宽度，因此不能有效弥补电弧能量。因此，优选长度是5-10倍焊丝直径。本专利技术的优点及有益效果：本专利技术提供了一种激光电弧复合沉积方法，利用焊丝直径直接产生电弧来熔化焊丝，焊丝液滴落到基材表面形成沉积层，同时利用具有特定能量分布的激光束来预热基材、并改善沉积层能浪分布，从而提高沉积效率和成型质量。附图1说明：附图1为激光电弧复合沉积装置简图，其中1为焊枪1#；2为焊枪2#；3为沉积焊道；4为投射激光束；5为焊丝；6为焊丝熔滴；7为激光器；8为焊枪电源；9为基板。具体实施方式以下结合优选实施例对本专利技术的技术方案作进一步的说明。实施例1：焊板为20mm厚低合金钢Q345D。两个焊枪之间的夹角80°，且焊枪前端向下倾斜5°。电弧焊接电流320A，电压40V，正极焊枪的送丝速度10m/min，负极焊枪的送丝速度11m/min，两者之间差值1.0m/min。焊丝直径1.2mm，材质为镍基合金，保护气体为Ar+5％CO2，流量为14L/min。激光束宽度为4mm，长度10mm，扫描反射镜震动频率20HZ。沉积过程完成后，对沉积层进行质量检验，结果见表1。实施例2：焊板为16mm厚低合金本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.激光电弧复合沉积方法，其特征在于：采用来自焊枪1#和焊枪2#的焊丝直接产生电弧，一个为正极，一个为负极，保护气体为Ar+5‑10%CO2，两个焊枪之间的夹角80‑100°，且焊枪前端向下倾斜，角度3‑10°；产生的电弧熔化焊丝5，焊枪电源8和焊丝规格决定了电弧电压；焊丝熔化形成焊丝熔滴6，熔化液滴落在基板9上形成沉积焊道3；同时利用激光器7产生的投射激光束4补偿沉积焊道3，提高沉积效率；电弧焊接电流200‑360A，电压28‑45V，正极焊枪的送丝速度8‑12m/min，负极焊枪的送丝速度9‑13m/min，两者之间差值0.4‑1.5m/min，焊丝直径0.8‑1.6mm；激光束通过扫描反射镜产生投射激光束，宽度为焊丝直径的2‑5倍，长度为焊丝直径的5‑10倍，扫描反射镜呈正弦往复运动，振动频率10‑20HZ。

【技术特征摘要】
1.激光电弧复合沉积方法，其特征在于：采用来自焊枪1#和焊枪2#的焊丝直接产生电弧，一个为正极，一个为负极，保护气体为Ar+5-10%CO2，两个焊枪之间的夹角80-100°，且焊枪前端向下倾斜，角度3-10°；产生的电弧熔化焊丝5，焊枪电源8和焊丝规格决定了电弧电压；焊丝熔化形成焊丝熔滴6，熔化液滴落在基板9上形成沉积焊道3；同时利用激光器7产生的投射激光束...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘鑫，朱俊，李小宝，
申请(专利权)人：张家港创博金属科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32