(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 202210846802.9 (22)申请日 2022.07.19 (71)申请人 南京理工大 学 地址 210094 江苏省南京市孝陵卫20 0号 (72)发明人 彭勇　郎旭杰　王克鸿　周琦　 段梦伟　 (74)专利代理 机构 南京理工大 学专利中心 32203 专利代理师 张玲 (51)Int.Cl. B23K 26/348(2014.01) B23K 26/60(2014.01) B23K 26/70(2014.01) (54)发明名称 一种激光超 声辅助电弧增材方法及装置 (57)摘要 本发明为一种激光超声辅助电弧增材方法 及装置。 包括如下步骤： (1)： 基板表面预处理； (2)： 将电极连接在基板两侧， 并分别通过导线连 接在直流脉冲电源正负极； (3)： 使焊枪和送丝机 构配合运动， 在基板上电弧增材沉积层； (4)： 电 弧增材同时， 打开激光超声辅助机器人的高频脉 冲激光器， 与增材机器人产生随动非接触超声辅 助； (5)： 重复步骤(3) ‑(4)， 通过改变焊枪及高频 脉冲激光器的高度， 逐层堆积从而形成预定的工 件形状。 本发 明弥补了以往接触式超声辅助的缺 点， 在增材过程中激光器与焊枪产生随动， 形成 非接触、 定距离以及对复杂增材结构件进行超声 辅助， 对提高电弧增材零件性能具有重要意 义。 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 CN 115091049 A 2022.09.23 CN 115091049 A 1.一种激光超声辅助电弧增材 方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 步骤(1)： 对基板表面预处 理； 步骤(2)： 将电极连接在基板 两侧， 并分别通过导线连接在直 流脉冲电源正负极； 步骤(3)： 使焊枪和送丝 机构配合 运动， 在基板上电弧增材沉积层； 步骤(4)： 电弧增材同时， 打开激光超声辅助机器人的高频脉冲激光器， 与增材机器人 产生随动非接触超声辅助； 步骤(5)： 重复步骤(3)和(4)， 通过改变焊枪及高频脉冲激光器的高度， 逐层堆积从而 形成预定的工件形状。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特 征在于， 步骤(4)具体为： 使激光头发射激光照射点在增材熔池附近， 激光照射点与熔池中心距离20～25mm， 激 光照射角度与焊枪角度定为30 °～60°之间， 高频脉冲激光器输出激光波长为532nm脉冲激 光作为激励源， 最大输出能量为250m  J， 重复频率1 ‑10Hz， 脉冲宽度≤10ns， 能量稳定度≤ 2％， 发散角≤ 0.6mrad， 光束直径为8m m±1mm。 3.根据权利要求2所述的方法， 其特征在于， 步骤(1)中的预处理具体为： 对基板表面打 磨， 去除氧化膜， 并用丙酮试剂清洗基板表面。 4.一种激光超声辅助电弧增材装置， 其特征在于， 包括控制系统， 增材机构， 激光超声 辅助机构， 和工作台； 增材机构包括送丝机(1)， 增材控制电源(2)， 增材机器人(3)， 机械臂(4)， 增材焊枪 (9)； 激光超声辅助机构包括丝杠升降电机(5)， 立柱(6)， 激光器电源(7)， 高频脉冲激光器 (8)； 高频脉冲激光器(8)通过机械臂(4)安装在立柱上， 控制系统通过丝杠升降电机(5)实 现对高频 脉冲激光器(8)的上 下运动的控制； 控制系统控制机 械臂以及增材机器人(3)动作。 5.根据权利要求4所述的电弧增材装置， 其特征在于， 高频脉冲激光器(8)采用Nd： YAG 激光器， 在一定的脉冲频率下在物体表面产生横波、 纵波或混合波形。 6.根据权利要求5所述的 电弧增材装置， 其特征在于， 高频脉冲激光器(8)还包括激光 发射端(801)， 激光器外壳(802)和固定法兰(80 3)； 激光器外壳通过固定法兰和机 械臂连接 。 7.根据权利要求6所述的电弧增材装置， 其特征在于， 机械臂通过法兰盘设置在立柱的 运动导轨上。 8.一种电弧增材 材料， 其特征在于， 采用权利要求1 ‑3任一项所述的方法制备。 9.一种权利要求1 ‑3任一项所述的方法的用途， 其特征在于， 用于铝合金或钛合金的增 材。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115091049 A 2一种激光超声辅助电弧增材方 法及装置 技术领域 [0001]本发明属于电弧增材 领域， 具体涉及一种激光超声辅助电弧增材 方法及装置 。 背景技术 [0002]铝合金及其复合材料具有密度低、 比强度高、 耐磨性能好等优异的性能， 被  广泛 应用于交通运输、 航空航天、 机械产品以及能源通讯等领域。 随着铝合金及  其复合材料构 件向整体化、 形状复杂化、 薄壁化、 高精度化等方向发展， 传统的  成形加工工艺， 如铸造、 挤 压、 锻造、 焊接、 机加工等技术具有一定的局限性，  生产过程耗时耗力、 效率低、 甚至无法制 造。 [0003]电弧增材制造技术是采用逐层堆焊 的方式制造致密金属实体构件， 因 以电弧 为 载能束， 热输入高， 成形速度快， 适用于大尺寸复杂构件低成本、 高效快速近  净成形。 面对 特殊金属结构制造成本及可靠性要求， 其结构件逐渐向大型化、  整体化、 智能化 发展， 因而 该技术在大尺寸结构件成形上具有其他增材技术不可  比拟的效率与成本优势。 但是在电 弧增材制 造高强铝合金时会出现晶粒粗大、 气  孔等缺陷， 寻找能够解决粗大 晶粒、 气孔的 方法对改善 工件质量具有重要意 义。 [0004]申请号为CN  109604603  B的专利公开了一种超声波辅助激光沉积增材制造  方 法， 申请号为CN  106735200  A的公开了一种激光增材制造用辅助超声振动锤  击装置及使 用方法。 但上述方法均属于接触式辅助， 无法根据增材工件结构达到  随动效应， 无法满足 增材过程中超声辅助能够实时跟随焊枪移动而进行超声辅助  的要求， 例如超声振动锤击 辅助激光增材的方法， 其只能于母材或焊缝进行接触  式辅助、 无法保证辅助距离的一定、 增材产生的高温会 对超声换能器和工具头等  造成破坏等。 发明内容 [0005]本发明的目的在于提供一种激光超声辅助电弧增材方法及装置； 通过在电弧  增 材的过程中， 增材机器人产生随动非接触超声辅助， 超声对熔池产生搅拌作用，  超声产生 的空化效应、 声流效应和机 械搅拌效应对熔池的凝固和形核质点的数量  具有重要影响。 [0006]实现本发明目的的技术解决方案为： 一种激光超声辅助电弧增材方法， 包括  如下 步骤： [0007]步骤(1)： 对基板表面预处 理； [0008]步骤(2)： 将电极连接在基板 两侧， 并分别通过导线连接在直 流脉冲电源正  负极； [0009]步骤(3)： 使焊枪和送丝 机构配合 运动， 在基板上电弧增材沉积层； [0010]步骤(4)： 电弧增材同时， 打开激光超声辅助机器人的高频脉冲激光器， 与  增材机 器人产生随动非接触超声辅助； [0011]步骤(5)： 重复步骤(3)和(4)， 通过改变焊枪及高频脉冲激光器的高度，  逐层堆积 从而形成预定的工件形状。 [0012]进一步的， 步骤(4)具体为：说　明　书 1/5 页 3 CN 115091049 A 3