一种空天铝合金构件激光电弧层间力学调控复合制造方法技术

本发明专利技术涉及激光电弧增材制造领域，特指一种空天铝合金构件激光电弧层间力学调控复合制造方法。首先将定域可控脉冲激光作为热源之一，与电弧复合熔化铝合金丝材，增加液态熔池激光吸收率和利用率，从而降低凝固速率，减小温度梯度，实现增材过程中激光与电弧的精准耦合调控；其次，在沉积层在动态再结晶温度区域同步采用层间超声滚压处理，有效细化表层粗晶，显著降低表面粗糙度。本发明专利技术采用激光+电弧+丝材联合控制方法，不仅可以提高铝合金沉积效率，减少易开裂、组织粗大、元素偏析以及气孔等缺陷，调控凝固组织状态，层间超声滚压实现整体近等轴化与表层纳米化，进一步消除沉积层冶金缺陷，从而同步提升超高强铝合金的强度和韧性。韧性。韧性。

【技术实现步骤摘要】
一种空天铝合金构件激光电弧层间力学调控复合制造方法


[0001]本专利技术涉及激光电弧增材制造领域，特指一种空天铝合金构件激光电弧层间力学调控复合制造方法。

技术介绍

[0002]超高强铝合金是当前航空航天承力结构应用最为广泛轻质材料，随着航空航天装备高承载、高机动发展需求，高效高质超高强铝合金新型结构是其发展的关键。WAAM效率较高，制造尺寸柔性大，优势显著，但超高强铝合金WAAM制造效率与成形性能无法匹配，柱状晶及组织不均匀、析出相破坏和宏微观裂纹等缺陷造成强韧不足，限制了其在工程中的应用。
[0003]增材制造是未来航空航天结构创新设计和快速制造的变革性技术，由于其具有优秀的“小域成形
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逐层累加”特点，通过逐层堆叠离散材料的方法，实现复杂构件的快速制造。主要包括激光选区熔化(SLM)、激光沉积制造(LDM)和电弧熔丝增材制造(WAAM)等方式，其中LDM、WAAM制造效率高，尺寸限制小，对于大型结构件制造有显著优势，已成为航空航天大型结构件制造的主要途径。尽管LDM和WAAM技术在航空航天关键构件高性能制造上得本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空天铝合金构件激光电弧层间力学调控复合制造方法，其特征在于，首先将定域可控脉冲激光作为热源之一，与电弧复合熔化铝合金丝材，增加液态熔池激光吸收率和利用率，从而降低凝固速率，减小温度梯度，实现增材过程中激光与电弧的精准耦合调控；其次，在沉积层在动态再结晶温度区域同步采用层间超声滚压处理，有效细化表层粗晶，显著降低表面粗糙度，采用激光+电弧+丝材联合控制方法，不仅提高铝合金沉积效率，减少易开裂、组织粗大、元素偏析以及气孔缺陷，调控凝固组织状态，层间超声滚压实现整体近等轴化与表层纳米化，进一步消除沉积层冶金缺陷，从而同步提升超高强铝合金的强度和韧性，具体步骤如下：(1)对高强铝合金基板表面进行打磨以消除氧化层并进行脱脂和乙醇清洗，然后将其固定到工作平台上，通电预热高强铝合金基板；(2)利用CMT电弧增材机械臂带动焊枪在冷金属过渡一元化程序控制下进行增材制造，激光热源和电弧热源同时开启后再进行增材制造，激光热源和电弧热源同步加热，多股金属丝通过分送丝与送气联合通道进入主送丝与送气联合通道，由送丝轮进行紧固传送，经过螺旋搅拌杆旋转绞制成电缆式焊丝，并在空心钨极中通过电弧热源进行预热，电弧热源用来熔化焊丝，激光热源是在熔化过程中加热熔池局部，细化晶粒，控制焊枪移动并配合送丝机构进行电弧填丝，形成沉积层；(3)在激光
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电弧增材与层间超声滚压强化之间预设一定的时间间隔t，在激光
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电弧增材开始的时间t后，超声强化装置上的旋转机构带动超声滚压头旋转，超声强化装置上的移动机构带动旋转机构上下移动，从而带动超声滚压头的旋转和移动，超声滚压头与超高强铝合金构件表面配合，并沿着构件表面进行滚动，设置滚轮的滚压载荷，施加纵向高频冲击振动，从而强化表面；(4)单层超声滚压结束后，重复步骤(2)，继续激光
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电弧增材沉积超高强铝合金沉积层；然后再在激光
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电弧增材开始的时间t后实施单层超声滚压，即步骤(3)；(5)整个过程持续步骤(2)和步骤(3)，实现层间超声滚压辅助激光
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【专利技术属性】
技术研发人员：罗开玉，苏尤宇，鲁金忠，吴东江，卢海飞，马广义，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：