技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種低功率激光誘導(dǎo)電弧復(fù)合能場(chǎng)修復(fù)的加工方法，屬于特種加工的應(yīng)用領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
：

利用電弧堆焊進(jìn)行機(jī)械零件修復(fù)是主要方法之一，常用于其尺寸與形狀的恢復(fù)、磨損與破損的修復(fù)，也可以通過(guò)熔敷金屬賦予零件表面某些特殊性能。堆焊是借用焊接手段改變金屬材料厚度和表面的材質(zhì)。其工藝特點(diǎn)是堆焊層金屬與基體金屬有很好的結(jié)合強(qiáng)度，對(duì)基體金屬的熱影響小，可以快速得到大厚度的堆焊層。堆焊技術(shù)應(yīng)用很廣泛，其種類也比較多。電弧堆焊具有簡(jiǎn)單方便操作、成本低、修復(fù)效率高、熔深較大等優(yōu)點(diǎn)，但稀釋率較高、高溫零件變形量很大、堆焊完成后必須進(jìn)行去應(yīng)力退火、焊接的質(zhì)量不太穩(wěn)定和后續(xù)機(jī)械加工的難度大等缺點(diǎn)。

電弧堆焊修復(fù)的不足也催生了近些年來(lái)高能束堆焊修復(fù)技術(shù)的高速發(fā)展，拓寬了堆焊修復(fù)的領(lǐng)域。激光堆焊(激光熔覆)修復(fù)技術(shù)則是高能束堆焊修復(fù)的一大熱點(diǎn)。激光熔覆具有快速加熱、快速冷卻的特點(diǎn),零件修復(fù)后不會(huì)產(chǎn)生變形，同時(shí),修復(fù)層與基體是冶金結(jié)合,耐磨性強(qiáng)，通過(guò)合理選擇熔覆合金粉末,修復(fù)層可獲得比基體還要高的機(jī)械性能。但由于激光熔覆需要大功率激光器設(shè)備，設(shè)備投入成本高、技術(shù)復(fù)雜，能源消耗大，有顯著的局限性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
：

為了克服單一電弧堆焊和單一激光堆焊修復(fù)零件過(guò)程中存在的問(wèn)題，本發(fā)明通過(guò)引入低功率激光誘導(dǎo)電弧復(fù)合能場(chǎng)修復(fù)的技術(shù)，利用較低平均功率的脈沖激光對(duì)電弧進(jìn)行誘導(dǎo)增強(qiáng)，使電弧能量密度大幅度提高的新方法，以期實(shí)現(xiàn)在零件加工處較深的熔深、并降低稀釋率、減少熱影響區(qū)、提高熔覆速度等等，從而提高堆焊層和母材的結(jié)合強(qiáng)度和力學(xué)性能。

本發(fā)明所述一種低功率激光誘導(dǎo)電弧復(fù)合能場(chǎng)修復(fù)的加工方法，該方法包括：

(1)根據(jù)所修復(fù)母材的組織成分及預(yù)期得到的修復(fù)效果，選擇合適的焊條型號(hào)，確定修復(fù)加工的位置；

(2)確定激光誘導(dǎo)電弧的激光系統(tǒng)工藝參數(shù)和電弧堆焊系統(tǒng)工藝參數(shù)；

(3)確定激光掃描速度和掃描路徑以及電弧焊堆焊時(shí)的速度及路徑；

(4)低功率激光誘導(dǎo)電弧按照掃描路徑進(jìn)行堆焊加工。

在本發(fā)明中，激光的電流強(qiáng)度為100～250a，脈沖寬度為0.4～1.8ms，脈沖重復(fù)頻率為20～60hz，離焦量為100～200mm，激光掃描速度為5～15mm/s，電弧的電流強(qiáng)度為50～280a，電弧掃描速度為5～15mm/s，電焊條與激光束的角度為30～80°。

在本發(fā)明中，激光掃描路徑為直線型或者圓弧形，電弧掃描路徑為直線型或者圓弧形。

在本發(fā)明中，電弧和激光同時(shí)加工母材，并且兩者掃描路徑相同。

在本發(fā)明中，不管掃描路徑為直線型還是環(huán)形，同步重合加工。

工作原理：

(1)“匙孔”效應(yīng)：采用低功率激光對(duì)電弧能場(chǎng)進(jìn)行誘導(dǎo)增強(qiáng)，利用其激光產(chǎn)生的等離子體使電弧收縮，形成類似于鑰匙孔的形狀，而電弧能被吸附在匙孔周邊，從而顯著提高電弧的密度的特性。

本發(fā)明具有的有益效果：

(1)低功率激光誘導(dǎo)裝置成本相對(duì)較低、能源消耗較少，且能減小熱影響區(qū)，增強(qiáng)堆焊適應(yīng)性；

(2)低功率激光誘導(dǎo)電弧復(fù)合能場(chǎng)修復(fù)，相較于電弧修復(fù)，具有堆焊接頭質(zhì)量好、強(qiáng)度高、堆焊效率高等優(yōu)勢(shì)；

(3)利用低功率激光誘導(dǎo)電弧復(fù)合能場(chǎng)修復(fù)技術(shù)，能夠在母材表面破損處堆焊出質(zhì)量較好的堆焊層。

附圖說(shuō)明：

圖1為本發(fā)明加工方法所需的裝置結(jié)構(gòu)圖。

其中：1、加工工作臺(tái)；2、母材；3、激光頭；4、激光光束；5、反光鏡；6、焊條；7、電焊槍

圖2為本發(fā)明實(shí)施一種低功率激光誘導(dǎo)電弧復(fù)合能場(chǎng)修復(fù)的加工方法流程圖。

具體實(shí)施方式：

為了使本發(fā)明的技術(shù)方案能夠更加清晰地表示出來(lái)，下面結(jié)合附圖，選擇合理的激光系統(tǒng)工藝參數(shù)和電弧系統(tǒng)工藝參數(shù)，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

請(qǐng)參閱圖2，一種低功率激光誘導(dǎo)電弧復(fù)合能場(chǎng)修復(fù)的加工方法，包括：

(1)根據(jù)所修復(fù)母材的組織成分及預(yù)期得到的修復(fù)效果，選擇合適的焊條型號(hào)，確定修復(fù)加工的位置；

例如：需修復(fù)母材選用高錳鋼鋼板，期望得到滿足惡略工況的修復(fù)效果，即硬度和疲勞強(qiáng)度要足夠，實(shí)驗(yàn)尺寸選為50x30x3mm，焊條型號(hào)位d256，高錳鋼焊條，同質(zhì)材料焊接容易，且滿足性能，把高錳鋼鋼板固定在工作臺(tái)上的合理位置，使得加工位置恰好為高錳鋼鋼板的正中心。

(2)確定激光誘導(dǎo)電弧的激光系統(tǒng)工藝參數(shù)和電弧堆焊系統(tǒng)工藝參數(shù)：

正常啟動(dòng)空氣開(kāi)關(guān)和激光器開(kāi)光，激光器為500w的nd³⁺：yag激光器，把激光器的電流強(qiáng)度調(diào)為100～250a，脈沖寬度為0.4～1.8ms，脈沖重復(fù)頻率為20～60hz，離焦量為100～200mm，激光掃描速度為5～15mm/s，把電焊機(jī)的電流強(qiáng)度調(diào)為50～280a，電弧掃描速度為5～15mm/s，電焊條與激光束的角度為30～80°。

(3)確定激光掃描速度和掃描路徑以及電弧焊堆焊時(shí)的速度及路徑；

選擇激光的掃描速度為10mm/s，電弧掃描速度掃描路徑為直線型，或者掃描路徑為圓弧形。直線型掃描路徑具體為：激光和電弧在母材上加工，同步重合堆焊至母材另一端，關(guān)斷激光和電焊機(jī)。圓弧形路徑具體為：激光和電弧在母材上加工，同步重合堆焊，從外向內(nèi)掃描，掃描完最外面環(huán)形，關(guān)斷激光和電焊機(jī)。

(4)低功率激光誘導(dǎo)電弧按照掃描路徑進(jìn)行堆焊加工。

在水箱中加入足夠的水，啟動(dòng)電機(jī)和激光器，激光和電弧按照預(yù)定的路徑進(jìn)行掃描。

加工過(guò)程結(jié)束。

通過(guò)上述步驟可以方便的完成高錳鋼低功率激光誘導(dǎo)電弧復(fù)合能場(chǎng)修復(fù)加工，通過(guò)低功率激光誘導(dǎo)的設(shè)置，提高了堆焊的速率，提高了產(chǎn)品的堆焊層的強(qiáng)度和力學(xué)性能。

以上所述僅表達(dá)了本發(fā)明的一種實(shí)施方式，其表述比較詳細(xì)，但是不可以理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。需要說(shuō)明的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以作任何形式的修改。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種低功率激光誘導(dǎo)電弧復(fù)合能場(chǎng)修復(fù)的加工方法，是以電弧焊為主，采用具有較低平均功率的脈沖激光對(duì)電弧進(jìn)行誘導(dǎo)增強(qiáng)的復(fù)合堆焊方式，屬于特種加工的應(yīng)用領(lǐng)域。其特點(diǎn)在于利用電弧焊修復(fù)的高能量和激光誘導(dǎo)電弧能量密度大幅提高共同修復(fù)。本發(fā)明涉及到的加工方法主要分為四步：(1)確根據(jù)所修復(fù)母材的組織成分及預(yù)期得到的修復(fù)效果，選擇合適的焊條型號(hào)，確定修復(fù)加工的位置；(2)確定激光誘導(dǎo)電弧的激光系統(tǒng)工藝參數(shù)和電弧堆焊系統(tǒng)工藝參數(shù)；(3)確定激光掃描速度和掃描路徑以及電弧焊堆焊時(shí)的速度及路徑；(4)低功率激光誘導(dǎo)電弧按照掃描路徑進(jìn)行堆焊加工。通過(guò)本發(fā)明所提供的方法，可在磨損處實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量修復(fù)。

技術(shù)研發(fā)人員：郭百澄;袁根福;叢啟東
受保護(hù)的技術(shù)使用者：江南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.09.06
技術(shù)公布日：2017.11.17