(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211297794.3 (22)申请日 2022.10.22 (71)申请人 南京理工大 学 地址 210094 江苏省南京市孝陵卫 街200号 (72)发明人 郭顺　王克鸿　周琦　彭勇　 顾介仁　卢军勇　李一男　段梦雨　 周杰　张欢　李友坤　 (74)专利代理 机构 南京理工大 学专利中心 32203 专利代理师 赵毅 (51)Int.Cl. B23K 26/348(2014.01) B23K 26/342(2014.01) B23K 26/60(2014.01) B23K 26/70(2014.01)B33Y 10/00(2015.01) (54)发明名称 一种激光与电弧复合热源带状丝材实现超 宽超薄焊道的增材方法 (57)摘要 本发明为一种激光与电弧复合热源带状丝 材实现超宽超薄焊道的增材方法， 该方法具体步 骤如下： 步骤1： 调整电弧焊枪和激光出射头与在 带状丝材的相对位置， 并设定电弧与激光的协同 工作模式。 步骤2： 调试好设备的电流电压， 选定 电弧功率、 丝材尺寸和送丝速度以及焊接速度等 参数； 步骤3： 选用合适的基板， 并用砂轮机对基 板进行打磨， 给基板进行预热； 步骤4： 启动制造 程序， 激光器工作， 出射激光束， 电弧开始工作至 制造流程完成。 本发明利用增材过程中电弧和激 光两种不同的热源， 激光对带状丝材起引导融化 的作用， 带状丝材相比于圆柱形丝材更容易摊 开， 从而起到让焊道变宽变薄的效果， 以及降低 焊道余高， 使得焊道质量更加精美， 性能得到提 升。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 115519252 A 2022.12.27 CN 115519252 A 1.一种激光与电弧复合热源带状丝材实现超宽超薄焊道的增材方法， 其特征在于， 包 括以下具体步骤： 步骤1， 调 整电弧焊枪和激光出射头的相对位置， 并设定电弧电流脉冲与激光脉冲的协 同工作模式， 在带状丝材上方附加一道激光热源， 使 得激光束照射在带状丝材上； 电弧焊枪 位置在带状丝材 的后上方， 出射振荡电弧束随着激光束路径摆动起到融化丝材， 形成熔池 的作用； 步骤2， 调试好设备的电流电压， 选定电弧功率、 气体种类和气流量、 送丝方式和送丝速 度以及焊接 速度参数； 步骤3， 选用钛合金作为基板， 并用砂轮机对基板表面需要增材的区域进行一段时间的 打磨， 去除表面的一些污渍和氧化层； 然后给基板进 行预热， 使基板整体温度均匀达到预定 温度； 步骤4， 启动增材成形制造程序， 激光器工作， 出射特定参数的激光束， 同时引弧使电弧 开始工作、 金属丝材开始送丝， 形成一定宽度的熔池； 电弧熔池的宽度4mm≤B1/2≤5mm， 熔 池宽度7m m≤B2/2≤9mm； 步骤5， 让等离 子电弧按照预定好的路线不断前进增材， 直到形成一道完整的焊道； 步骤6， 重复步骤5的操作， 直到整个构件成形； 步骤7， 将增材好的构件在氩气保护气氛中进行 热处理。 2.根据权利要求1所述的一种激光与电弧复合热源带状丝材实现超宽超薄焊道的增材 方法， 其特征在于， 步骤1中， 调整电弧焊枪、 激光出射头与带状丝材的相 对位置， 使得电弧 出射方向沿铅锤线分布， 丝材与电弧出射方向成60 °夹角， 激光出射方向与电弧出射方向夹 角为0～30 °， 且以工作台前进方向为参照， 激光出射作用点在前， 电弧热源作用点在后， 使 得激光能量作用于 丝材， 起预 热丝材和引导电弧摆动的作用。 3.根据权利要求1所述的一种激光与电弧复合热源带状丝材实现超宽超薄焊道的增材 方法， 其特征在于， 步骤1中， 调整光弧间距， 即激光束与电弧之间的距离H， 保证两个热源不 会因为距离太远使得激光预热效果不佳， 也不会因为距离太近导致两者相撞； 两者之间的 距离： 6.0 0mm≤H≤10.00mm。 4.根据权利要求1所述的一种激光与电弧复合热源带状丝材实现超宽超薄焊道的增材 方法， 其特征在于， 步骤1中， 激光束的作用模式为脉冲扫描， 脉冲激光束以Z形轨迹作用于 即将融化的带状丝材表 面， 且脉冲扫描区域面积≥1/2带状丝材表 面积， 脉冲扫描频率与电 弧热源运动速率成正比。 5.根据权利要求1所述的一种激光与电弧复合热源带状丝材实现超宽超薄焊道的增材 方法， 其特征在于， 步骤1中， 激光脉冲频率为可听声频100Hz～20kHz或超声频20kHz以上， 脉冲峰值功率 不低于2k W， 电弧电流脉冲 与激光脉冲为异步脉冲。 6.根据权利要求1所述的一种激光与电弧复合热源带状丝材实现超宽超薄焊道的增材 方法， 其特征在于， 步骤2中， 为了实现不同长宽高大小 带状丝材的增材， 等离子电弧的参数 包括电压20V≤U≤40V， 其电压为连续输出的交流电弧电压； 电流60A≤I≤240A， 其电流为 连续输出的交流电弧电流； 送丝速度WFS＝2.0m/min， 送丝方式为同轴送丝或旁轴送丝； 焊 接速度TS＝3 0mm/s； 电弧功率120 0W≤P≤80 00W； 电弧的直径6m m≤D≤8m m。 7.根据权利要求1所述的一种激光与电弧复合热源带状丝材实现超宽超薄焊道的增材权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115519252 A 2方法， 其特 征在于， 步骤3中， 基板的预 热处理具体步骤如下： 在施加电弧前， 将基板进行预热， 使基板在20分钟内预热至200～300℃， 保温5～10min 后进行增材； 增材过程中， 为了提高构件的力学性能， 降低持续热输入带来的热积累进而产生粗大 柱状晶的问题， 采用在基板下 方增加冷却液循环系统方式辅助散热； 增材结束后， 将基板温度调至100～200℃范围内， 保持在40～50min后停止， 消除残余 应力， 进一 步提升所得构件的性能。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115519252 A 3