[发明专利]双激光束熔敷成形冲击锻打复合增材制造方法在审

专利信息
申请号: 201811260001.4 申请日: 2018-10-26
公开(公告)号: CN111098033A 公开(公告)日: 2020-05-05
发明(设计)人: 陈云 申请(专利权)人: 陈云
主分类号: B23K26/342 分类号: B23K26/342;B23K26/356;B33Y10/00
代理公司: 暂无信息 代理人: 暂无信息
地址: 410000 湖南*** 国省代码: 湖南;43
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摘要:
搜索关键词: 激光束 成形 冲击 锻打 复合 制造 方法
【权利要求书】:

1.双激光束熔敷成形冲击锻打复合增材制造方法,其特征在于,包括如下步骤:

所述双激光束熔敷成形冲击锻打复合增材制造是指两束不同功能的激光束同时且相互协同制造金属零件的过程;第一束连续激光利用热效应对金属粉末进行熔敷,与此同时第二束短脉冲激光直接作用在锻造温度范围内的熔敷金属表面,金属表层吸收激光束能量后气化电离形成冲击波,利用第二束短脉冲激光冲击波力学效应对处于锻造温度范围内的熔敷层进行冲击锻打;

同轴送粉量由送粉器监测与控制,同轴送粉量决定了熔敷区厚度与面积,同时影响第一束连续激光束移动速度和第二束短脉冲激光锻打参数;如送粉量超出/未达到第一束连续激光处理量,则降低/升高第一束连续激光束移动速度,形成耦合控制;

第二束短脉冲激光锻打参数由光束质量检测仪器或装置监测与控制,由熔敷区材料厚度确定脉冲激光的脉冲宽度,使整个熔敷层深度材料获得充分锻打透彻;由熔敷区材料面积确定脉冲激光锻打频率和光斑大小,确保激光冲击锻打移动速度与激光熔敷速度匹配,并保证锻打区温度始终处于最容易塑性变形的温度范围内;如熔敷区材料面积/厚度超出第二束短脉冲激光处理极限,则降低第一束连续激光束移动速度,形成闭环控制,反之亦然;

双激光束同时且相互协同地逐层堆叠熔敷区材料形成工件,使得加工效率提高1~2倍;通过调整激光冲击锻打频率及脉冲功率密度,解决了不同材料冷却速率及锻造温度区间大小的差异,使熔敷层在较高的塑性及低变形抗力下完成冲击强化并通过激光冲击锻打频率与压力参数调控激光熔敷速度与送粉参数;激光冲击锻打使熔敷层晶粒显著细化,不同材料熔敷成形后的强度和疲劳寿命可提高几倍到几十倍不等;上述各工艺参数的稳定性保证了逐层晶粒尺寸可控,从而实现整个熔敷层晶粒尺寸的均匀性;消除了熔敷层的气孔等内部缺陷和热应力,提高了金属零件的内部质量和综合力学性能,并有效控制宏观变形与开裂问题。

2.如权利要求1所述的双激光束熔敷成形冲击锻打复合增材制造方法,其特征在于,根据不同熔敷金属材料的锻造温度特性,建立所述第一束连续激光束锻造温度场模型与在线检测及控制方法;通过检测锻打熔敷层的晶粒尺寸、残余应力分布和微观组织等试验,完善锻打温度场模型,使材料熔敷-冷却后处于最适合金属塑性成形温度区间(锻造温度),由第二束短脉冲激光进行冲击锻打,形成闭环控制。

3.如权利要求1所述的双激光束熔敷成形冲击锻打复合增材制造方法,其特征在于,双激光束复合制造工艺参数实行在线检测和控制,第二束短脉冲激光可对熔敷层进行正面或者侧面15°~165°内任意角度或者位置的冲击锻打,具有激光脉冲能量、激光脉冲宽度、重复频率、光斑尺寸和形状等参数精确可控可调,可处理不同结构特点的熔敷成形零件。

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