第38卷第3期 2017年3月
焊接学报
TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION
Vol.38No.3 March2017
熔滴主动靶向的激光间接电弧复合增材制造技术初探
王立伟'，陈树君，肖珺'，魏蓬生"2
（1.北京工业大学汽车结构部件先进制造技术教育部工程研究中心，北京100124；
2.国立中山大学机械与机电工程学系，高雄80424）
摘要：对制造精度和效率相矛盾的原因进行了分析，为解决此矛盾，提出了一种新型的熔滴主动靶向的激光间接电弧复合增材制造技术．该技术利用交流双丝间接电弧能量熔化金属丝材实现高熔敷率，利用熔滴主动靶向激光脉冲激光辅助定量的熔滴定点过渡到熔池保证成形精度。文中对固定质量的熔滴交替形成在固定位置进行了建模分析和初步试验研究，结果表明，通过控制送丝速度和电流频率，可实现双丝交替定点定量熔化，为熔滴主动靶向激光提供了先决条件.
关键词：增材制造：激光间接电弧复合：熔滴靶向：定点定量熔化
中图分类号：TG442 0序言
文献标识码：A
文章编号：0253360X(2017)03007104
对成形过程质量控制和温度场分别进行了研究[10-12]：装甲兵工程学院和哈尔滨工业大学基于弧
增材制造（additivemanufacturing，又称“3D打印"）是以计算机辅助设计/制造为基础，将材料或逐层固化、熔覆、或逐层累叠、块体组焊连接成为整体机构的制造技术"，其优势在于三维结构的快速和自由制造采用增材制造技术直接成形金属零件成为国内外的研究热点，以激光束、电子束、电弧为热源的增材制造技术异军突起.目前，金属零件增材制造方法按原材料主要分金属粉末高能束烧绪堆积成形和丝材熔积成形为两类，金属粉末制备成本高昂，尺寸精度相对较高，堆积效率低下，特别是高强铝、镁合金制粉难度大，生产风险高，丝材制备成本低，堆积效率高，但热输人高，成形精度相对较低，总之，还是制造效率和制造精度的矛盾，
增材制造最原始的形态就是堆焊，由于传统的电弧热源无法实现精确的控形控性，使得该技术直没有得到很好的发展，但因其具有设备投人低的优势，国内外学者在电弧增材制造上也进行了大量的研究工作，美国、英国等学者以熔化极气体保护焊、钨极情性气体保护焊、冷金属过渡焊接技术、等离子弧焊等方法实现堆敷成形[2-9]．国内华中科技大学提出等离子熔积直接快速制造金属原型技术，
收稿日期：2015-11-16
基金项目：国家自然科学基金资助项目（51475009）；国家自然科学
基金青年资助项目（51505009）；北京市自然科学基金资助项目（3162004）；中国博士后科学基金资助项目万方据21）
焊机器人的再制造成形系统，提出了柔性增材再制造技术的概念[13.14]，电弧增材制造技术具有低成本、熔覆层组织致密和力学性能好的特点，有望发展为面向民用市场大批量生产的技术，但是必须能够在熔滴过渡的时空域内精确控制熔滴的物态（温度、尺寸、冲量)或者结合铣削和光整技术，才能实现金属零件增材制造的控形控性
文中结合三种热源增材制造技术的特点，针对现有增材制造技术存在的不足，提出了一种新型的熔滴主动靶向的激光间接电弧复合增材制造技术，对双丝交流间接电弧工艺中定点定量熔滴的形成进行了建模和试验研究
1技术原理
文中在已有研究成果和经验积累基础上，提出将激光与间接电弧结合进行增材制造，原理如图1 所示.利用激光与间接电弧复合热源，在两根丝材之间建立间接电弧，间接电弧主要用来熔化丝材并提供基材的部分热量输人；为了增加熔滴过渡的稳定性引人激光，光束主要是轰击丝材熔化形成的熔滴，产生蒸气反冲力促使其过渡，同时激光也可以选择性对熔池补充热量进一步调控基材的热输人和温度分布，控制熔积成形
双丝间接电弧-激光交叉复合的熔滴形成与丝间电弧极性有较大关系，双丝间接电弧与熔化极电