CN114393308B - 双丝电弧复合激光熔覆方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双丝电弧复合激光熔覆方法和装置，涉及高端装备制造的激光束加工领域，该方法包括在直流电弧电源正负极上分别通过导线连接导电件；将经由送丝轮组传送来的两根熔覆丝材中，一根穿过且电接触于正极导电件穿丝孔，另一根穿过且电接触于负极导电件穿丝孔，并使两根熔覆丝材的熔覆端相交；将气流喷嘴出气口对准两根熔覆丝材的熔覆端相交点；将激光器的激光头出光口对准两根熔覆丝材的熔覆端相交点；进行双丝激光熔覆工作；该装置应用于前述方法。本发明联合使用了电弧和激光热能，大幅降低了对激光器功率的要求；熔覆丝材熔化充分，熔覆效率高，熔覆层组织致密，孔隙率低，熔覆层残余应力小；熔覆无飞溅和粉尘的抛洒，材料利用率高。

Description

双丝电弧复合激光熔覆方法和装置

技术领域

本发明涉及高端装备制造的激光束加工技术领域，尤其是涉及一种双丝电弧复合激光熔覆方法和装置。

背景技术

激光熔覆技术是一种涉及激光技术、材料表面改性技术、传感技术、计算机技术和信息与智能于一体的多学科交叉边缘学科技术，属于高端装备制造领域。激光熔覆技术同时也是兼容增材制造、3D打印、激光立体成形、激光直写技术、增材再制造等于一体的先进制造技术，是面向航空航天、钢铁冶金、电力能源、矿山机械、精密仪器、嵌入式传感器、医疗器械以及武器装备等工业领域的现代和未来制造技术。在零件表面形成耐磨、防腐和功能覆层是激光熔覆技术的典型应用，相较其它覆层技术，其优势主要体现在节能、节材、高效和低排放等方面。在历经几十年的研究与发展后，特别是高能激光设备的不断成熟，激光熔覆技术已经由一项实验室技术，逐渐开始规模化工业应用和应用拓展。在激光熔覆技术中，除了作为核心热源的大功率激光设备外，材料参数、工艺参数、以及辅助物理场、辅助工装等技术的发展也是制约产品质量的关键因素。在激光热源、材料工艺参数研究应用的基础上，基于多种辅助物理场的多物理场复合激光熔覆技术是面向节能、节材和绿色环保的激光熔覆技术的未来重点发展方向之一，这些复合技术以及自动化和智能技术的发展将会推动激光熔覆技术进一步成为高端装备制造的核心技术。本发明就是基于这种思想，将双丝电弧热源复合到激光熔覆技术中，以进一步提高激光熔覆效率，改善激光熔覆层质量。

激光熔覆技术因稀释率低、热输入小、材料广泛等诸多优点，被广泛应用于增材制造、再制造、表面工程和设备维修等各个领域，特别是随着大功率激光器技术的不断成熟，激光熔覆技术的产业化正在得到快速发展，并针对不同应用和不同的技术特点演化出多种不同类型的激光熔覆技术。

目前常用的激光熔覆技术包括同轴送粉激光熔覆技术、旁轴送粉激光熔覆技术(或侧向送粉激光熔覆技术)、高速激光熔覆技术(或超高速激光熔覆技术)以及高速丝材激光熔覆技术。其中，同轴送粉激光熔覆技术和旁轴送粉激光熔覆技术以金属和合金粉末为熔覆材料，用送粉器和保护气流将粉末材料送入激光束，粉束被融化落入工件表面被激光束融化的熔池。随着熔覆头和粉末流与工件的相对运动，在工件表面连续形成熔覆层。高速丝材激光熔覆技术以金属或合金丝材为熔覆材料，用送丝机构将丝材侧向送入激光束，激光束将金属丝和工件表层熔化后形成熔池，随着熔覆头和丝材与工件的相对运动连续形成熔覆层。

同轴送粉激光熔覆的特点是熔覆层组织细小，表面粗糙度小，熔覆层稀释率低，熔覆层抗裂性较好，但由于粉末粒子的碰撞和熔池的飞溅会降低其材料利用率。高速丝材激光熔覆的特点是熔覆过程中无飞溅和粉尘的抛洒，环保性好，材料利用率高，熔覆效率高，熔覆层稀释率低，热输入小，但由于熔滴尺寸较大，其熔覆层表面粗糙度较大，组织较粗大，气孔率相对较高、残余应力大、易开裂。

另外，目前的各种激光熔覆技术以高能束激光作为热源，对激光功率要求高，而低功率激光熔覆的熔覆效率和熔覆速度低，这些都限制了普通激光熔覆技术的广泛推广应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双丝电弧复合激光熔覆方法和装置，本发明实施例至少具有熔覆丝材熔化充分，熔覆效率高，熔覆层组织致密，孔隙率低，熔覆层残余应力小，熔覆过程中无飞溅和粉尘的抛洒，材料利用率高等有益效果。

为实现上述目的，本发明实施例采用如下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供一种双丝电弧复合激光熔覆方法，包括对位步骤和激光熔覆步骤；其中：

所述对位步骤包括：将激光头、送丝轮组、气流喷嘴和导电件均连接于联动机构；在直流电弧电源的正极和负极上分别通过导线连接至少一个所述导电件；将经由送丝轮组传送来的一根熔覆丝材穿过且电接触于连接在直流电弧电源正极的至少一个导电件的穿丝孔，将经由送丝轮组传送来的另一根熔覆丝材穿过且电接触于连接在直流电弧电源负极的至少一个的导电件的穿丝孔，并使两根所述熔覆丝材的熔覆端相交于一点；将进气端连接于气源的气流喷嘴的出气口对准两根所述熔覆丝材的熔覆端相交点；将连接于激光器的激光头的出光口对准被熔覆工件上的当前熔覆点；将两根所述熔覆丝材的熔覆端相交点送至所述气流喷嘴喷射出的气流的轴线；将所述气流喷嘴喷射出的气流的轴线对准被熔覆工件表面的当前熔覆点；

所述激光熔覆步骤包括：开启所述气流喷嘴、打开所述直流电弧电源和所述激光器，启动所述送丝轮组以将两根所述熔覆丝材的熔覆端相交点连续送至所述气流喷嘴喷射出的气流的轴线，启动所述联动机构以使所述联动机构驱动所述激光头、所述送丝轮组、所述气流喷嘴和所述导电件沿预设路径同步运动，进行双丝激光熔覆作业。

本发明实施例提供的双丝电弧复合激光熔覆方法联合使用了双丝电弧热能和激光热能，大幅降低了对激光器功率的要求，该方法至少还具有熔覆丝材熔化充分，熔覆效率高，熔覆层组织致密，孔隙率低，熔覆层残余应力小，熔覆过程中无飞溅和粉尘的抛洒，材料利用率高的有益效果。

在本发明的可选实施方式中，所述对位步骤还包括：两根所述熔覆丝材的轴线所在平面与被熔覆工件表面当前熔覆点切平面之间的夹角θ，满足0°≤θ≤90°。

在本发明的可选实施方式中，所述对位步骤还包括：使所述气流喷嘴喷射出的气流的轴线穿过两根所述熔覆丝材的熔覆端相交点的起弧区的中部，且以所述气流喷嘴喷射出的气流的轴线与被熔覆工件当前熔覆点表面外法线之间的夹角为α，满足0°≤α≤70°。

在本发明的可选实施方式中，所述对位步骤还包括：以所述激光头的出光口发出的激光束的轴线与被熔覆工件当前熔覆点表面外法线之间的夹角为β，满足0°≤β≤60°。

在本发明的可选实施方式中，所述对位步骤还包括：以两根所述熔覆丝材的熔覆端相交点与被熔覆工件当前熔覆点表面之间的距离为h1，满足1.5mm≤h1≤30mm。

在本发明的可选实施方式中，所述对位步骤还包括：以所述气流喷嘴的出口与两根所述熔覆丝材的熔覆端相交点的距离为h2，满足10mm≤h2≤50mm。

在本发明的可选实施方式中，所述对位步骤中，两根所述熔覆丝材的轴线之间的夹角的中分线与所述激光头的出光口发出的激光束的轴线不同轴。

在本发明的可选实施方式中，所述对位步骤中，以两根所述熔覆丝材的轴线之间的夹角γ，满足15°≤γ≤180°。

在本发明的可选实施方式中，所述双丝电弧复合激光熔覆方法还包括清洁步骤：在激光熔覆步骤之前，将被熔覆工件表面进行去油除锈预处理，形成清洁的工件表面，以待熔覆作业。

第二方面，本发明实施例还提供了一种双丝电弧复合激光熔覆装置，该双丝电弧复合激光熔覆装置应用于前述双丝电弧复合激光熔覆方法，其中：所述双丝电弧复合激光熔覆装置包括激光头、送丝轮组、气流喷嘴、直流电弧电源以及联动机构；所述直流电弧电源的正极和负极上分别通过导线连接有导电件，所述导电件上设有穿丝孔；所述激光头、所述送丝轮组、所述气流喷嘴和所述导电件均连接于所述联动机构，所述联动机构能够驱动所述所述激光头、所述送丝轮组、所述气流喷嘴和所述导电件沿预设路径同步运动。

该双丝电弧复合激光熔覆装置的使用方法和能够达到的有益效果参见前述双丝电弧复合激光熔覆方法。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的双丝电弧复合激光熔覆方法和装置的应用示意图；

图2为本发明实施例提供的双丝电弧复合激光熔覆方法激光熔覆作业过程中形成的熔滴和熔池示意图。

图标：1-被熔覆工件；12-扁平化熔滴；2-熔池；3-熔覆层；4-激光束；5-激光头；6-熔覆丝材；7-导电件；8-送丝轮组；9-熔滴；10-气流喷嘴；11-气流；13-导线；14-直流电弧电源。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

第一方面，参照图1，本实施例提供一种双丝电弧复合激光熔覆方法，该双丝电弧复合激光熔覆方法包括对位步骤、激光熔覆步骤和熔覆结束后的关机步骤。

其中，对位步骤包括：将激光头5、送丝轮组8、气流喷嘴10和导电件7均连接于联动机构；在直流电弧电源14的正极和负极上分别通过导线13连接至少一个导电件7；将经由送丝轮组8传送来的一根熔覆丝材6穿过且电接触于连接在直流电弧电源14正极的至少一个导电件7的穿丝孔，将经由送丝轮组8传送来的另一根熔覆丝材6穿过且电接触于连接在直流电弧电源14负极的至少一个导电件7的穿丝孔，并使两根熔覆丝材6的熔覆端相交于一点；将进气端连接于气源的气流喷嘴10的出气口对准两根熔覆丝材6的熔覆端相交点；将连接于激光器的激光头5的出光口对准被熔覆工件1上的当前熔覆点；将两根熔覆丝材6的熔覆端相交点送至气流喷嘴10喷射出的气流11的轴线；将气流喷嘴10喷射出的气流11的轴线对准被熔覆工件1表面的当前熔覆点。

激光熔覆步骤包括：开启气流喷嘴10、打开直流电弧电源14和激光器，启动送丝轮组8以将两根熔覆丝材6的熔覆端相交点连续送至气流喷嘴10喷射出的气流11的轴线，启动联动机构以使联动机构驱动激光头5、送丝轮组8、气流喷嘴10和导电件7沿预设路径同步运动，进行双丝激光熔覆作业，作业时，用来自激光头5的高能量的激光束4照射被熔覆工件1表面上的当前熔覆点，使被熔覆工件1当前熔覆点表层材料熔化形成熔池2，被电弧熔化的熔覆丝材6的熔滴9被气流11吹落入熔池2并形成熔扁平化熔滴12，且随着联动机构驱动激光头5、送丝轮组8、气流喷嘴10和导电件7沿预设路径同步运动，熔池2内的金属不断凝固形成熔覆层3。如图1所示，激光头5、送丝轮组8、气流喷嘴10和导电件7均连接于联动机构，以使熔覆丝材6的熔覆端、气流喷嘴10和激光器的激光头5按照预先设定的熔覆路径同步移动，电弧对熔覆丝材6的连续熔化，气流11对金属熔体的连续吹落和激光束4的连续照射，使得可以沿事先设计的熔覆路径进行连续的双丝电弧复合激光熔覆作业，形成连续的熔覆层3，较佳地，使激光束4的光斑覆盖刚刚落在工件表面上的扁平化熔滴12铺展面，并跟随扁平化熔滴12铺展面同步移动。

熔覆作业完成后的关机步骤包括：在激光熔覆作业完成后依次关闭送丝轮组8、直流电弧电源14、激光器和气流喷嘴10，并关闭联动机构。

其中，本实施例所用直流电弧电源14和送丝轮组8可采用普通电弧喷涂机所备电源和送丝机构，对应配置气流喷嘴10，以使方便实际实现，但并不限于使用普通电弧喷涂机所备电源和送丝机构。

参照图1和图2，本实施例用来自激光头5的高能量的激光束4照射被熔覆工件1表面上的当前熔覆点，形成熔池2；以两根导电的实芯金属或粉芯丝材或其他可选丝材作为熔覆丝材6，两根熔覆丝材6分别通过导电件7连接于直流电弧电源14的正负极，由送丝轮组8驱动，以一定的夹角均匀连续送至熔覆丝材的熔覆端相交点并产生电弧，利用电弧热能将两根熔覆丝材6的相交端熔化形成金属熔体；气流喷嘴10喷出具有一定速度的气流11，气流11的动能和压力将熔化的金属熔体吹离熔覆丝材6的端部，形成熔滴9，熔滴9飞向被熔覆工件1表面的熔池2，碰撞后被扁平化并附着于熔池2，形成扁平化熔滴12，当激光束4的光斑和熔覆丝材6移开后，在工件母材和表面气流的速冷作用下，熔池2内的熔体凝固形成与工件母材冶金结合的金属熔覆层3。

本实施例中，通过设置气流喷嘴10，可利用气流喷嘴10喷射出的气流11，将被电弧熔化的金属熔体剪切吹离熔覆丝材6的端部形成熔滴9飞向被熔覆工件1表面上的熔池2，以保持连续起弧，此过程并不需要气流对吹落的熔滴9产生细化或雾化作用，并不要求来自气流喷嘴10的气流11具有高速或超音速，气流11的作用仅仅是用来将被电弧熔化的金属熔体剪切吹离熔覆丝材6的端部形成熔滴9，以保持连续起弧，因此，上述气流11速度可在小于50m/s的速度时完成丝材激光熔覆作业，进而充分避免熔滴飞溅；由于气流11速度低，熔滴9飞行距离很短，因此落在工件表面后形成的扁平化熔滴12铺展面积很小，一般小于2mm。

不同于传统的丝材激光熔覆方法，本实施例采用电弧与激光复合熔覆的方式进行丝材熔覆工作，由于本实施例联合使用了电弧和激光两种热源，容易实现高速和高效熔覆，并且大幅降低了对激光器功率的要求，因此可以使用比传统激光熔覆方法功率更小的激光器，或者使用大功率激光器从而大幅提高熔覆速度和效率。

不同于传统的丝材电弧喷涂方法，本实施例的方法中，落在被熔覆工件1表面上的扁平化熔滴12并不是最终的覆层，而是经过被激光束4照射后形成熔池2，并最终冷却凝固，实现了熔覆层3与工件母材的冶金结合，经试验，本实施例施工得到的熔覆层3与现有技术得到的熔覆层相比，至少具有稀释率低、熔覆丝材熔化充分，熔覆效率高，熔覆层组织致密，孔隙率低，熔覆层残余应力小，熔覆过程中无飞溅和粉尘的抛洒，材料利用率高等优点，适合于增材制造，增材再制造和修复等应用场景。

不同于激光熔化极电弧同轴复合焊技术，本实施例的方法中，利用两根熔覆丝材6之间的电弧来熔化金属丝材，被熔覆工件1不需要接入电极，熔覆丝材6与被熔覆工件1之间不产生电弧，因此，不仅熔覆效率高，而且避免了因被熔覆工件1接入电极带来的电绝缘问题和电弧造成的被熔覆工件1表面粗化的问题。

不同于传统上采用热喷涂技术预制表面涂层，然后再利用激光熔覆技术使预制表面涂层重熔的复合熔覆技术，本实施例的方法中，双丝电弧熔化与激光熔覆同时进行，一方面充分利用了电弧热能，同时也保证了熔覆层3与被熔覆工件1母材之间的冶金结合。

综上，本实施例提供的双丝电弧复合激光熔覆方法联合使用了双丝电弧热能和激光热能，大幅降低了对激光器功率的要求，该方法至少还具有熔覆丝材熔化充分，熔覆效率高，熔覆层组织致密，孔隙率低，熔覆层残余应力小，熔覆过程中无飞溅和粉尘的抛洒，材料利用率高的有益效果。

进一步地，本实施例中，导电件7具有多种可选结构，例如但不限于，导电件7外形为锥形，沿其轴线方向设有穿丝孔，穿丝孔沿导电件7的长度方向贯通导电件7，或者，导电件7为环形结构等。

在本实施例的可选实施方式中，较为优选地，上述对位步骤还包括：两根熔覆丝材6的轴线所在平面与被熔覆工件1表面当前熔覆点切平面之间的夹角θ，满足0°≤θ≤90°。

在本实施例的可选实施方式中，较为优选地，上述对位步骤还包括：使气流喷嘴10喷射出的气流11的轴线穿过两根熔覆丝材6的熔覆端相交点的起弧区的中部，且以气流喷嘴10喷射出的气流11的轴线与被熔覆工件1当前熔覆点表面外法线之间的夹角为α，满足0°≤α≤70°，可根据具体需要进行设定，且保证激光头5和气流喷嘴10互不干涉。本实施例并不要求气流11的轴线与两根熔覆丝材6的轴线处于同平面，从而更易操作。

在本实施例的可选实施方式中，较为优选地，上述对位步骤还包括：以激光头5出光口发出的激光束4的轴线与被熔覆工件1当前熔覆点表面外法线之间的夹角为β，满足0°≤β≤60°，可根据具体应用进行优化，且保证激光头5和气流喷嘴10互不干涉。较佳地，以激光束4与被熔覆工件1表面相交的光斑覆盖扁平化熔滴12的铺展区为原则，事先通过试验或计算确定激光器的激光头5的位置，并在具体操作时根据该位置对位激光头5。

在本实施例的可选实施方式中，较为优选地，上述对位步骤还包括：以两根熔覆丝材6的熔覆端相交点与被熔覆工件1当前熔覆点表面之间的距离为h₁，满足1.5mm≤h₁≤30mm，以避免熔覆丝材6和被熔覆工件1表面之间产生电离起弧为最小值，同时尽可能减小该距离h₁，以保持落至工件表面的扁平化熔滴12具有较高的温度，同时避免熔滴9散射飞溅，另外还可利用电弧辐射热和熔滴9所携带的热能对被熔覆工件1表面进行预热。

在本实施例的可选实施方式中，较为优选地，上述对位步骤还包括：以气流喷嘴10的出口与两根熔覆丝材6的熔覆端相交点的距离为h₂，满足10mm≤h₂≤50mm，以避免气流喷嘴10被熔滴9粘附并同时保证气流动能和压力为原则，可根据具体需要进行设定。

如图1所示，在本实施例的可选实施方式中，较为优选地，上述对位步骤中，两根熔覆丝材6的轴线之间的夹角的中分线与激光头5出光口发出的激光束4的轴线不同轴，属于旁轴送丝电弧与激光复合熔覆，装置结构简单，更加便于操作，且有利于进一步提高熔覆效率。

如图1所示，在本实施例的可选实施方式中，较为优选地，上述对位步骤中，以两根熔覆丝材6的轴线之间的夹角为γ，满足15°≤γ≤180°，可根据具体需要进行设定。

在本实施例的可选实施方式中，该双丝电弧复合激光熔覆方法还包括清洁步骤，传统的丝材电弧喷涂方法中，要求对被喷涂工件表面进行喷砂预处理，形成具有一定粗糙度的表面锚齿，以增加涂层与工件表面之间的机械结合强度。相对于此，本实施例的方法并不要求对被熔覆工件1表面进行上述喷砂预处理粗化，只要在激光熔覆步骤之前，将被熔覆工件1表面进行去油除锈预处理，形成清洁的工件表面，以待激光熔覆作业即可，本实施例对被熔覆工件1表面进行清洁预处理的方式简单易操作，有利于提高工作效率；当然，当被熔覆工件1表面清洁的情况下，此清洁步骤可省略。

本实施例提供的双丝电弧复合激光熔覆方法形成的熔覆层，经验证，相对于现有技术而言得到了显著的改善，施工得到的熔覆层与现有技术得到的熔覆层相比，至少具有稀释率低、熔覆丝材熔化充分，熔覆效率高，熔覆层组织致密，孔隙率低，熔覆层3残余应力小等优点。下面以一个具体的应用方式，进一步描述本实施例对熔覆层质量的改善作用，但应理解的是，本实施例的具体应用形式并不限于下述应用方式：

在尺寸为

长500mm的45钢圆柱形零件表面熔覆厚度0.8mm的熔覆层3，所用熔覆丝材6为316L不锈钢丝材，直径/>

所用激光器为2.5kW半导体光纤输出激光器，激光束4与被熔覆工件1当前熔覆点表面形成的光斑尺寸为/>

激光束4与被熔覆工件1当前熔覆点表面外法线夹角β为10°；所用直流电弧电源14为额定输入功率13KVA的逆变式电弧喷涂电源，电流260A；所用送丝机构为电弧喷涂机送丝机构，送丝速度6m/min；两根熔覆丝材6的轴线所在平面与被熔覆工件1表面熔覆点切平面夹角θ为25°；所用气流喷嘴10为出口直径/>

的外置式不锈钢喷嘴，气流喷嘴10喷射出的气流11的轴线与被熔覆工件1外表面法线夹角α为20°；气流喷嘴10连接的气源为压力0.2MPa的氩气，气流喷嘴10的出气口与两根熔覆丝材6熔覆端相交点之间的距离h₂约为25mm。两根熔覆丝材6的熔覆端相交点距被熔覆工件1表面之间的距离h₁为6mm；两根熔覆丝材6的轴线之间的夹角γ为30°，熔覆作业线速度50mm/s，熔覆路径搭接率30％。

通过对熔覆层3制样，断面扫描电镜观察分析和EDS能谱分析，测得熔覆层3稀释率<2％，热影响区深度约0.35mm，熔覆层3与母材过度均匀，孔隙率约为0.3％。熔覆层无宏观开裂和微裂纹。

采用XRD残余应力测定方法对熔覆层3表面进行了残余应力测定，5个测点平均值为90.5MPa。

目视观察，较普通高速丝材激光熔覆层表面粗糙降低，采用粗糙度测量仪测得的熔覆层表面粗糙度平均为Ra 3.8μm。

第二方面，参照图1，本实施例还提供一种双丝电弧复合激光熔覆装置，该双丝电弧复合激光熔覆装置应用于前述第一方面提到的双丝电弧复合激光熔覆方法，其中：双丝电弧复合激光熔覆装置包括激光头5、送丝轮组8、气流喷嘴10、直流电弧电源14以及联动机构；直流电弧电源14的正极和负极上分别通过导线13连接有导电件7，导电件7上设有穿丝孔；激光头5、送丝轮组8、气流喷嘴10和导电件7均连接于联动机构，联动机构能够驱动激光头5、送丝轮组8、气流喷嘴10和导电件7沿预设路径同步运动。

该双丝电弧复合激光熔覆装置的使用方法和能够达到的有益效果参见前述双丝电弧复合激光熔覆方法。

最后应说明的是：本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分相互参见即可；本说明书中的以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种双丝电弧复合激光熔覆方法，其特征在于，包括对位步骤和激光熔覆步骤；

所述对位步骤包括：将激光头(5)、送丝轮组(8)、气流喷嘴(10)和导电件(7)均连接于联动机构；在直流电弧电源(14)的正极和负极上分别通过导线(13)连接至少一个所述导电件(7)；将经由送丝轮组(8)传送来的一根熔覆丝材(6)穿过且电接触于连接在所述直流电弧电源(14)正极的至少一个导电件(7)的穿丝孔，将经由送丝轮组(8)传送来的另一根熔覆丝材(6)穿过且电接触于连接在所述直流电弧电源(14)的负极的至少一个导电件(7)的穿丝孔，并使两根所述熔覆丝材(6)的熔覆端相交于一点；将进气端连接于气源的气流喷嘴(10)的出气口对准两根所述熔覆丝材(6)的熔覆端相交点；将连接于激光器的激光头(5)的出光口对准被熔覆工件(1)上的当前熔覆点；将两根所述熔覆丝材(6)的熔覆端相交点送至所述气流喷嘴(10)喷射出的气流(11)的轴线；将所述气流喷嘴(10)喷射出的气流(11)的轴线对准被熔覆工件(1)表面的当前熔覆点；

所述激光熔覆步骤包括：开启所述气流喷嘴(10)、打开所述直流电弧电源(14)和所述激光器，启动所述送丝轮组(8)以将两根所述熔覆丝材(6)的熔覆端相交点连续送至所述气流喷嘴(10)喷射出的气流(11)的轴线，启动所述联动机构以使所述联动机构驱动所述激光头(5)、所述送丝轮组(8)、所述气流喷嘴(10)和所述导电件(7)沿预设路径同步运动，进行双丝激光熔覆作业。

2.根据权利要求1所述的双丝电弧复合激光熔覆方法，其特征在于，所述对位步骤还包括：两根所述熔覆丝材(6)的轴线所在平面与被熔覆工件(1)表面当前熔覆点切平面之间的夹角θ，满足0°≤θ≤90°。

3.根据权利要求1所述的双丝电弧复合激光熔覆方法，其特征在于，所述对位步骤还包括：使所述气流喷嘴(10)喷射出的气流(11)的轴线穿过两根所述熔覆丝材(6)的熔覆端相交点的起弧区的中部，且以所述气流喷嘴(10)喷射出的气流(11)的轴线与被熔覆工件(1)当前熔覆点表面外法线之间的夹角为α，满足0°≤α≤70°。

4.根据权利要求1所述的双丝电弧复合激光熔覆方法，其特征在于，所述对位步骤还包括：以所述激光头(5)的出光口发出的激光束(4)的轴线与被熔覆工件(1)当前熔覆点表面外法线之间的夹角为β，满足0°≤β≤60°。

5.根据权利要求1所述的双丝电弧复合激光熔覆方法，其特征在于，所述对位步骤还包括：以两根所述熔覆丝材(6)的熔覆端相交点与被熔覆工件(1)当前熔覆点表面之间的距离为h₁，满足1.5mm≤h₁≤30mm。

6.根据权利要求1所述的双丝电弧复合激光熔覆方法，其特征在于，所述对位步骤还包括：以所述气流喷嘴(10)的出口与两根所述熔覆丝材(6)的熔覆端相交点的距离为h₂，满足10mm≤h₂≤50mm。

7.根据权利要求1所述的双丝电弧复合激光熔覆方法，其特征在于，所述对位步骤中，两根所述熔覆丝材(6)的轴线之间的夹角的中分线与所述激光头(5)的出光口发出的激光束(4)的轴线不同轴。

8.根据权利要求1所述的双丝电弧复合激光熔覆方法，其特征在于，所述对位步骤中，以两根所述熔覆丝材(6)的轴线之间的夹角γ，满足15°≤γ≤180°。

9.根据权利要求1所述的双丝电弧复合激光熔覆方法，其特征在于，所述双丝电弧复合激光熔覆方法还包括清洁步骤：在激光熔覆步骤之前，将被熔覆工件(1)表面进行去油除锈预处理，形成清洁的工件表面，以待熔覆作业。

10.一种双丝电弧复合激光熔覆装置，应用于权利要求1至9中任一项所述的双丝电弧复合激光熔覆方法，其特征在于，

所述双丝电弧复合激光熔覆装置包括激光头(5)、送丝轮组(8)、气流喷嘴(10)、直流电弧电源(14)以及联动机构；所述直流电弧电源(14)的正极和负极上分别通过导线(13)连接有导电件(7)，所述导电件(7)上设有穿丝孔；

所述激光头(5)、所述送丝轮组(8)、所述气流喷嘴(10)和所述导电件(7)均连接于所述联动机构，所述联动机构能够驱动所述激光头(5)、所述送丝轮组(8)、所述气流喷嘴(10)和所述导电件(7)沿预设路径同步运动。

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