[发明专利]一种变向位激光冲击搅拌熔池复合电弧增材制造装置及方法

权利要求书

1.一种变向位激光冲击搅拌熔池复合电弧增材制造装置，其特征在于：包括电弧增材制造装置、所述变向位转动装置(6)、支撑装置(7)、机器人装置(9)、激光器固定装置(13)、激光器装置、控制系统、金属丝材(18)。

所述电弧增材制造装置用于熔化金属丝材(18)，从而在基板(1)上形成沉积层(2)。

所述机器人装置(9)通过计算机程序与电弧增材制造装置耦合同步完成沉积过程；

所述支撑装置(7)的一端固定在机器人装置(9)的机器人法兰(8)上，另一端固定在变向位转动装置(6)上；

所述激光器固定装置(13)的一端与变向位转动装置(6)连接，另一端固定激光器装置；

所述激光器固定装置(13)绕变向位转动装置(6)转动；

所述激光器装置向熔池(19)发射脉冲激光(17)，冲击搅拌熔池(19)；

所述控制系统用于控制电弧增材制造装置、机器人装置(9)、激光器装置工作。

2.根据权利要求1所述的一种变向位激光冲击搅拌熔池复合电弧增材制造装置，其特征在于：脉冲激光(17)冲击搅拌熔池(19)的作用包括促进熔池(19)内组织细化和成分均匀。

3.根据权利要求1所述的一种变向位激光冲击搅拌熔池复合电弧增材制造装置，其特征在于：所述电弧增材制造装置包括基于熔化极的气体保护焊接装置(GMAW)、基于非熔化极的钨极气体保护焊接装置(GTAW)、基于非熔化极的等离子体气体保护焊接装置(PAW)。

4.根据权利要求1所述的一种变向位激光冲击搅拌熔池复合电弧增材制造装置，其特征在于：所述机器人装置(9)包括工业六轴机器人，在激光冲击搅拌熔池的同时，所述工业六轴机器人进行复杂曲面构件加工。

5.根据权利要求1所述的一种变向位激光冲击搅拌熔池复合电弧增材制造装置，其特征在于：所述支撑装置(7)包括若干金属棒，所述金属棒的数量、尺寸由支撑重量决定。

6.根据权利要求1所述的一种变向位激光冲击搅拌熔池复合电弧增材制造装置，其特征在于：所述变向位转动装置(6)的侧壁周向开设有滑动槽；

所述激光器固定装置(13)的一端嵌入变向位转动装置(6)的滑动槽，从而使激光器固定装置(13)围绕变向位转动装置(6)周向运动。

7.根据权利要求1所述的一种变向位激光冲击搅拌熔池复合电弧增材制造装置，其特征在于：所述激光器装置包括输出高斯光束的激光器、输出均匀光束的激光器、基模输出激光器、单模输出激光器；

所述激光器装置包括激光器(14)、反光镜(15)、聚焦透镜(16)；

所述激光器(14)发出的脉冲激光(17)依次通过反光镜(15)、聚焦透镜(16)后到达熔池(19)。

8.根据权利要求1所述的一种变向位激光冲击搅拌熔池复合电弧增材制造装置，其特征在于：所述控制系统包括电弧增材制造控制器(10)、机器人控制箱(11)、激光器控制器(12)；

所述电弧增材制造控制器(10)用于调节电弧增材制造装置的沉积工艺参数；所述电弧增材制造沉积工艺参数包括焊接电压、焊接电流、送丝速度；

所述机器人控制箱(11)用于规划机器人装置(9)移动轨迹，并调用电弧增材制造程序；

所述激光器控制器(12)用于调节激光器(14)的工艺参数。

9.根据权利要求1所述的一种变向位激光冲击搅拌熔池复合电弧增材制造装置，其特征在于，所述变向位转动装置(6)与导电喷嘴(5)同轴，所述变向位转动装置(6)横截面与导电喷嘴(5)轴线垂直；

所述激光器固定装置(13)的横截面与导电喷嘴(5)轴线垂直，所述激光器固定装置(13)的横截面与变向位转动装置(6)横截面共面。

10.一种利用权利要求1至9任一项所述的变向位激光冲击搅拌熔池复合电弧增材制造装置进行的复合电弧增材制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

S10)将基板固定在工作台上，选择电弧增材制造工艺参数，根据电弧增材制造沉积层宽度或熔池大小选择激光光斑大小，在此基础上进行激光器参数的设置，避免产生冲击飞溅；

S20)调节反光镜位置或角度使激光光斑对准熔池；

S30)通过改变聚焦透镜位置使作用在熔池内的激光光斑大小合适；

S40)通过调节变向位转动装置，对激光器所处方位进行调节；

S50)通过控制系统开启变向位激光冲击搅拌熔池复合电弧增材制造加工，在电弧增材制造同时对熔池进行激光冲击搅拌；

S60)沉积完成预定构件形状，结束电弧增材制造和激光冲击搅拌熔池工作。