一种扫描激光辅助整形熔池的MIG电弧双丝低热输入增材制造方法，属于增材制造领域。本发明专利技术采用MIG电弧作为主热源熔化丝材并形成熔池，同时辅助冷丝，提高沉积效率，降低热输入；采用扫描激光作为控制热源，对熔池形貌、尺寸进行动态整形，实现成形宽度的精确控制，提高成形精度，最终实现高沉积效率、高性能、高精度增材制造。增材制造。
【技术实现步骤摘要】
一种扫描激光辅助整形熔池的MIG电弧双丝低热输入增材制造方法
[0001]
：本专利技术属于增材制造领域，尤其涉及一种扫描激光辅助整形熔池的MIG电弧双丝低热输入增材制造方法。
[0002]
技术介绍
：增材制造技术在航空航天、武器装备、核电等领域具有广阔应用前景。根据热源类型不同，增材制造技术可分为电弧增材制造(MIG电弧、TIG电弧和等离子电弧等)、激光增材制造和电子束增材制造等，每种工艺方法均具有各自的优势和不足。其中，MIG电弧热源沉积效率较高，但其热输入较大，增材构件内部晶粒组织粗大且成形精度较低；激光热源具有成形精度高的优点，但其沉积效率较低，在制造大尺寸构件时加工周期较长。
[0003]激光
‑
电弧复合热源增材制造技术将激光和电弧两种热源同时引入增材制造过程中，有望充分发挥激光热源成形精度高和电弧热源沉积效率高的优势，解决单一热源增材制造的诸多不足，扩宽增材制造技术的应用空间。
[0004]现有的激光
‑
电弧复合热源增材制造方法中，专利CN2019(11)086297.7提出了一种电弧
‑
激光复合增材制造方法，采用电弧熔丝进行逐层沉积，利用扫描激光对固态沉积层进行后热处理，改善了成形件的粗大柱状晶，降低了增材构件的各向异性。其局限在于，增材制造的沉积效率没有提高，熔池成形尺寸没有控制，仅限于对成形构件性能改善。
技术实现思路
[0005]本专利技术针对现有技术存在的局限，提出一种扫描激光辅助整形熔池的MIG电弧双丝低热输入增材制造方法，采用MIG电弧作为主热源熔化丝材并形成熔池，同时辅助冷丝，提高沉积效率，降低热输入；采用扫描激光作为控制热源，对熔池形貌、尺寸进行动态整形，实现成形宽度的精确控制，提高成形精度，最终实现高沉积效率、高性能、高精度增材制造。
[0006]本专利技术采用的装置结构包括：扫描振镜(1)、焊枪(3)、MIG焊丝(4)、冷丝(9)、基板(11)、数控运动机构(12)、激光器(13)、扫描振镜控制器(14)、上位机控制器(15)、PLC控制器(16)、MIG电源(17)和送丝机(18)；其中：上位机控制器(15)与PLC控制器(16)电连接，用于传输电弧电流、MIG焊丝送丝速度、起弧/收弧、冷丝送丝速度、送丝开始/停止信号；上位机控制器(15)与扫描振镜控制器(14)电连接，用于传输激光功率、激光触发/停止、激光扫描幅度、扫描速度、扫描开始/停止信号；上位机控制器(15)与数控运动机构(12)电连接，用于传输运动速度、运动开始/停止信号；PLC控制器(16)与扫描振镜控制器(14)电连接，用于传输扫描开始/停止信号；PLC控制器(16)与MIG电源(17)电连接，用于传输电弧电流、MIG焊丝送丝速度、起弧/收弧信号；PLC控制器(16)与送丝机(18)电连接用于传输冷丝送丝速度、送丝开始/停止信号；扫描振镜控制器(14)与扫描振镜(1)电连接，用于传输激光扫描幅度、扫描速度、扫描开始/停止信号；扫描振镜控制器(14)与激光器(13)电连接，用于传输激光功率、激光触发/停止信号；激光器(13)与扫描振镜(1)通过光纤线缆相连接，用于传输激光；MIG电源(17)正极与焊枪(3)相连接，MIG电源(17)负极与基板(11)相连接；冷丝(9)与送丝机(18)进行匹配连接；基板(11)位于数控运动机构(12)上，由数控运动机构(12)带动基
板(11)运动；
[0007]装置位置关系：扫描振镜(1)、焊枪(3)和送丝机(18)中对应的用于对冷丝(9)送丝的送丝嘴分别通过支架固定于数控运动机构(12)的z轴平台上；其中，扫描振镜(1)位于基板(11)上熔池正上方一定距离D
s
，D
s
根据所需激光离焦量(激光束直径)确定，D
s
为200～300mm；焊枪(3)位于扫描振镜(1)前方且与水平面呈一定夹角α，α为30～70
°
；冷丝(9)可选择侧向送进或前向送进，当采用侧向送丝，送丝嘴位于MIG焊枪侧面，与水平面夹角为5～70
°
；当采用前向送丝；送丝嘴位于焊枪(3)前方且与水平面呈一定夹角β，β为5～45
°
，β应小于α，或冷丝根据实际情况可选择不添加，此时激光、焊枪(3)中的MIG焊丝(4)、送丝嘴位于同一竖直面上。
[0008]各装置参数范围：激光功率为500～8000W，激光束直径D
L
为0.5～5mm；激光扫描幅度W
z
为2～30mm，激光扫描速度V
z
为100～2000mm/s，激光束中心与电弧中心之间的距离D
m
，(D
L
‑
D
A
)/2<D
m
<(D
L
+D
A
)/2，D
A
为电弧直径；电弧电流为50～400A，MIG焊丝形状为圆丝，MIG焊丝直径为0.6～2.0mm，MIG焊丝送丝速度为0.5～20m/min；冷丝形状为圆丝或带状，圆丝直径为0.6～2.0mm，带状丝宽度为0.5～2mm，厚度为0.2～0.5mm，冷丝送丝速度为0.5～10m/min；保护气成分为99.99％纯氩气体，保护气流量为10～25L/min。
[0009]方法：增材制造过程中，在MIG焊丝和基板(首层)或前一沉积层(两层及以上)之间引燃电弧，MIG焊丝在电阻热作用下被预热，将MIG焊丝被预热的热丝和冷丝(9)同步送进电弧空间，电弧熔化丝材并形成熔滴，熔滴过渡至局部熔化的沉积层金属，并形成熔池；扫描激光作用于电弧后部一定距离(D
m
)的熔池表面，沿熔池宽度方向以一定幅度W
z
和速度V
z
往复扫描，通过改变熔池流动状态对熔池形貌、尺寸进行动态整形，获得目标成形宽度。本专利技术充分发挥了电弧热源沉积效率高和扫描激光热源成形精度高、动态响应快的优点，一方面，通过辅助冷丝可增大填充材料对电弧热源的能量利用率，有效提高沉积效率，缩短制造周期；同时，降低电弧对沉积层的热输入，有利于细化晶粒组织并减小热应力，提高增材构件的力学性能；另一方面，采用扫描激光热源对熔池形貌、尺寸进行动态整形，获得精确的成形宽度，有利于提高成形精度，实现高沉积效率、高性能、高精度增材制造。
附图说明
[0010]图1为一种扫描激光辅助整形熔池的MIG电弧双丝低热输入增材制造方法示意图；
[0011]图2：一种扫描激光辅助整形熔池的MIG电弧双丝低热输入增材制造方法系统结构示意图；
[0012]图3为一种扫描激光辅助整形熔池的MIG电弧双丝低热输入增材制造方法工作原理示意图；
具体实施方式
[0013]下面结合实施例对本专利技术做进一步说明，但本专利技术并不限于以下实施例。
[0014]实施过程：采用扫描激光辅助整形熔池的MIG电弧双丝低热输入增材制造方法，开启激光器、扫描振镜本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种扫描激光辅助整形熔池的MIG电弧双丝低热输入增材制造装置，其特征在于，包括：扫描振镜(1)、焊枪(3)、MIG焊丝(4)、冷丝(9)、基板(11)、数控运动机构(12)、激光器(13)、扫描振镜控制器(14)、上位机控制器(15)、PLC控制器(16)、MIG电源(17)和送丝机(18)；其中：上位机控制器(15)与PLC控制器(16)电连接，用于传输电弧电流、MIG焊丝送丝速度、起弧/收弧、冷丝送丝速度、送丝开始/停止信号；上位机控制器(15)与扫描振镜控制器(14)电连接，用于传输激光功率、激光触发/停止、激光扫描幅度、扫描速度、扫描开始/停止信号；上位机控制器(15)与数控运动机构(12)电连接，用于传输运动速度、运动开始/停止信号；PLC控制器(16)与扫描振镜控制器(14)电连接，用于传输扫描开始/停止信号；PLC控制器(16)与MIG电源(17)电连接，用于传输电弧电流、MIG焊丝送丝速度、起弧/收弧信号；PLC控制器(16)与送丝机(18)电连接用于传输冷丝送丝速度、送丝开始/停止信号；扫描振镜控制器(14)与扫描振镜(1)电连接，用于传输激光扫描幅度、扫描速度、扫描开始/停止信号；扫描振镜控制器(14)与激光器(13)电连接，用于传输激光功率、激光触发/停止信号；激光器(13)与扫描振镜(1)通过光纤线缆相连接，用于传输激光；MIG电源(17)正极与焊枪(3)相连接，MIG电源(17)负极与基板(11)相连接；冷丝(9)与送丝机(18)进行匹配连接；基板(11)位于数控运动机构(12)上，由数控运动机构(12)带动基板(11)运动；装置位置关系：扫描振镜(1)、焊枪(3)和送丝机(18)中对应的用于对冷丝(9)送丝的送丝嘴分别通过支架固定于数控运动机构(12)的z轴平台上；其中，扫描振镜(1)位于基板(11)上熔池正上方一定距离D
s
，D
s
根据所需激光离焦量(激光束直径)确定，D
s
为200～300mm；焊枪(3)位于扫描振镜(1)前方且与水平面呈一定夹角α，α为30～70
°
；冷丝(9)可选择侧向...
【专利技术属性】
技术研发人员：王义朋，李红，栗卓新，张禹，李国栋，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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