[發明專利]一種基于脈沖電流強制熔滴過渡的電弧三維快速成形制造方法

有效

• 申請號: 201610368862.9
• 申請日: 2016-05-30
• 公開（公告）號: CN105935828B
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發明（設計）人: 羅怡;朱亮;許潔;韓靜韜;余艇;唐小張;楊貴友;李正
• 申請（專利權）人: 重慶理工大學
• 主分類號: B23K9/09
• 分類號: B23K9/09;B23K9/173
• 代理公司: 重慶華科專利事務所50123
• 代理人: 康海燕

技術領域

本發明涉及一種基于脈沖電流強制熔滴過渡的電弧三維快速成形制造方法，適用于以同步送絲形式實現不銹鋼、鋁合金等金屬材料的電弧三維快速成形制造。

背景技術

直接制造金屬零件以及金屬部件，是制造業對金屬材料三維快速成形制造技術提出的終極目標。早在20世紀90年代三維快速成形制造技術發展的初期，研究人員便已經嘗試基于各種快速原型制造方法實現金屬制件的制備。與立體光造型（Stereolithography, SLA）、疊層制造（Laminated object manufacturing, LOM）、熔融沉積成型（Fused deposition modeling, FDM）等快速原型制造技術相比，選擇性激光燒結技術（Selected lasersintering, SLS）由于其使用粉末材料的特點，為制備金屬制件提供了一種最直接的可能。隨著大功率激光器在快速成形技術中的逐步應用，SLS技術隨之發展成為選區激光熔化成形技術（Selective laser melting, SLM）。該技術利用高能量的激光束照射預先鋪覆好的金屬粉末材料，將其直接熔化并固化成形獲得金屬制件。在SLM技術發展的同時，基于激光堆焊和激光熔覆技術，逐漸形成了金屬成形制造技術研究的另一重要分枝——激光快速成形技術（Laser rapid forming, LRF）或激光立體成形技術（Laser solid forming, LSF）。該技術利用高能量激光束將與光束同軸噴射或側向噴射的金屬粉末直接熔化為液態，通過運動控制，將熔化后的液態金屬按照預定的軌跡堆積凝固成形，獲得從尺寸和形狀上非常接近于最終零件的“近形”制件，并經過后續的小余量加工后以及必要的后處理獲得最終的金屬制件。

SLM技術和LRF技術作為金屬快速成形制造技術的兩個主要研究熱點，引領著當前金屬快速成形制造技術的發展。采用激光等高能束熱源進行金屬材料的快速成形制造，其設備復雜、價格昂貴，而且成形工藝復雜，成形零件微觀組織的致密度不高。為了克服這些方法的缺陷，開發設備簡單、制造效率高、零件致密度和力學性能好的金屬材料的快速成形制造新工藝成為了全球研究的熱點。

電弧快速成形制造技術就是在上述背景之下興起的，使用焊接電弧作為熱源，采用焊接設備及工藝方法制成由全焊縫金屬組成的零件，因此又稱為電弧快速成形技術。其中，熔化極惰性氣體保護（Metal Inert Gas，MIG）焊接電弧在焊接應用中具有較高的填充效率，因此，將其應用于金屬構件的快速成形制造具有較好的可行性。但是，常規MIG電弧存在電弧熱輸入高、電弧和熔滴過渡穩定性差，成形后得到的金屬構件熱變形大的缺陷。因此，常規MIG電弧應用于快速成形制造具有一定的局限性。脈沖電弧熱源單脈沖能量高、電弧力較大，使電弧具有平均熱輸入低、電弧指向性好、熔滴過渡平穩等特點，可以實現低成本、高效率、高穩定性的成形制造，這為實現金屬構件的三維快速成形制造帶來了新的可能。

發明內容

本發明針對金屬構件的成形制造，提供一種基于脈沖電流強制熔滴過渡的電弧三維快速成形制造方法，該方法能夠實現不銹鋼、鋁合金、鈦合金等金屬構件的三維快速成形制造。

本發明采取以下技術方案：

一種基于脈沖電流強制熔滴過渡的電弧三維快速成形制造方法，該方法借助脈沖MIG電弧提供的熱、力作用模式，實現對自動同步送進的金屬絲材的熔化和強制熔滴實現不同形式的平穩過渡，并使熔滴堆疊成形。

所述制造方法的步驟如下：

（1）安裝基板，并可靠裝夾，水平固定；

（2）調整MIG焊槍方向，使其與基板平面垂直；

（3）零件三維建模、分層切片，生成成形制造程序；

（4）移動MIG焊槍至基點位置，提前送出保護氣，引弧使脈沖MIG電弧開始工作，同時啟動送絲機構，使金屬絲材隨脈沖電流的輸出同步送進，成形制造過程開始；

（5）制造過程結束時，先熄滅脈沖MIG電弧和關停送絲機構，延遲停止保護氣，結束全部制造流程。

所述步驟（4）的脈沖電流為復合脈沖，選自三種脈沖電流模式中的任意一種，使成形制造過程獲得三種不同的熔滴過渡模式，其中，脈沖電流模式一、二適用于頻率為200Hz以下的脈沖設置，脈沖電流模式三適用于頻率為200Hz以上的脈沖設置.