[发明专利]一种铝合金激光-TIG复合增材制造方法

说明书

本发明属于金属增材制造技术领域，提供铝合金激光‑TIG复合增材制造方法，将激光和电弧作为复合热源，采用TIG的方式，实现铝合金薄壁类(单道多层)结构的增材制造成形，包括以下步骤：S1：确定激光、电弧和丝材相对位置关系，进行基板预热处理；S2：成形铝合金激光‑TIG复合增材单道单层结构；S3‑S5：成形铝合金激光‑TIG复合增材薄壁类(单道多层)结构。本发明既改善了由于铝合金反射率较高使得当激光作为单独热源时不易成形的缺陷，又改善了当电弧作为单独热源时由于热输入量较高而造成的变形严重、成形质量较差的缺陷；适用于铝合金薄壁类(单道多层)结构的增材制造，且能有效抑制气孔缺陷的产生。

技术领域

本发明属于金属增材制造技术领域，涉及一种铝合金激光-TIG复合增材制造方法。

背景技术

随着科技发展及推广应用的需求，增材制造技术正在快速地改变传统的生产方式。增材制造技术是一种“自下而上”通过材料累加的制造方法，能够可控自由的添加材料，有效的弥补了传统制造技术无法实现复杂结构制造、周期长、成本高、材料浪费严重的缺陷。铝合金密度低、强度高、塑性好，具有优良的导电性、导热性和抗腐蚀性，在快速熔凝过程中温度梯度相对较小，成形件不易变形开裂。因此使用增材制造技术成形铝合金，可实现薄壁类(单道多层)结构轻量化以及大型化的制造。

目前以激光为单一热源的金属增材制造技术广泛应于各个领域，但铝合金激光增材制造却存在一定缺陷。一方面铝合金对激光的反射率极高，从而降低了成形过程中对激光能量的吸收作用；另一方面国内外对于铝合金激光增材制造多以SLM为主，但采用粉材存在着利用率低，污染环境的问题。

以电弧为单一热源的增材制造技术也是金属增材的方法之一，但由于铝合金较高的导热性使得在电弧增材制造时吸收了较多能量，导致热积累现象严重，从而产生较大的变形，影响薄壁类(单道多层)结构的精度。

中国专利CN 107283061 A公开了一种激光-CMT焊接铝合金增材制造方法和成形系统，此方法将激光和电弧作为复合热源，感应线圈作为预热装置，采用冷金属短路过渡的方式，实现对铝合金构件的增材制造成形；但此方法中CMT工艺在多层增材过程中容易出现未融合或夹渣等缺陷。

激光-TIG复合增材制造技术，两种热源相互作用，发挥各自优势的同时弥补各自不足。一方面电弧强化激光，稀释等离子体，预热工件，提高铝合金对激光的吸收率；另一方面激光控制电弧，使弧柱的电阻减小，场强降低，增加电弧的稳定性。激光-TIG复合增材制造技术有效改善单一热源制造铝合金的缺点，拓展铝合金增材制造加工范围，为铝合金加工提供更有效的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铝合金激光-TIG复合增材制造方法，其可以很好地解决上述现有技术的缺点，抑制气孔缺陷问题，实现快速高质量的铝合金薄壁类(单道多层)结构的增材制造。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种铝合金激光-TIG复合增材制造方法，该制造方法基于下述结构实现，使用夹具将预热装置2固定在转向台1上方，并将基板3固定在预热装置2上方，送丝嘴5与水平方向夹角20-30°，激光头9与垂直方向夹角5-15°，焊枪10与垂直方向夹角45-60°，具体步骤如下：

S1：采用前置送丝方式，丝材直径d 1.0-1.6mm，调整送丝嘴直径D，焊丝伸出长度L，光丝间距m和钨极高度H；对基板进行预热处理，预热温度为200-300℃。

所述步骤S1中，调整送丝嘴直径D满足d+0.2mm≥D≥d+0.1mm，焊丝伸出长度L满足5d+6mm≥L≥5d+2mm，光丝间距m满足1.5d mm≥m≥0mm，钨极高度H满足1.5d mm≥H≥d mm。