[發明專利]傾斜薄壁結構件電弧填絲增材制造方法

有效

• 申請號: 201610408053.6
• 申請日: 2016-06-08
• 公開（公告）號: CN105921852B
• 公開（公告）日: 2017-12-19
• 發明（設計）人: 熊俊;雷洋洋;尹紫秋;陳輝
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: B23K9/04
• 分類號: B23K9/04
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙)51232
• 代理人: 敖歡,葛啟函

技術領域

本發明屬于增材制造技術領域，具體涉及一種傾斜薄壁結構件電弧填絲增材制造方法。

背景技術

近年來，在資源節約及高效制造背景下，金屬零件增材制造技術的研究及應用受到研究學者的廣泛關注。金屬構件的傳統鑄造、機械加工方法雖然制造精度高，但是存在制造工序傾斜、加工效率低、材料利用率低、制造柔性程度低、生產成本高等一系列問題。

電弧填絲增材制造技術采用焊接電弧作為熱源，在電弧熱源的作用下熔化焊絲，根據零件三維模型分層切片，按照設定路徑在基板上逐層堆積直至形成全堆積層金屬零件。目前，該方法主要適合于直接成形大型金屬結構件，成形構件致密度高、冶金結合性能好、化學成分均勻、力學性能達到甚至超過鍛件水平。與激光填粉比較，電弧填絲增材制造技術有著設備成本低、絲材熔敷率高、環境污染小等一系列優點。

由于金屬構件成形是以液態熔滴過渡的方式進行的，因此傾斜構件的電弧填絲增材制造難度大，特別是對于與基板有一定傾角的多層單道薄壁金屬構件，成形難度更大。目前，對于這種傾斜薄壁構件的成形，常通過變位機翻轉基板的方式完成。但是在實際工作環境中，采用變位機翻轉基板的方式存在設備成本高、系統傾斜等缺點。因此，亟需開發一種傾斜薄壁構件成形的簡單、實用方法。

經現有技術的文獻檢索發現，柳建等人《在沈陽工業大學學報》(2012，Vo34,No.5)上發表了“工藝參數對堆焊熔敷成形極限傾角的影響規律”。文中采用沿堆積層長度方向偏移和沿垂直于堆積層方向上偏移成形多層單道傾斜結構薄壁件。但是沿堆積層長度方向偏移存在金屬構件末端成形質量差的特點，實際應用受限，而沿垂直于堆積層方向上偏移可以成形具有一定傾角的薄壁件，但是該方法也有不足之處，主要體現在堆積第二層時成形質量難以控制，特別是偏移量大時成形質量更差。因此，有必要對現有方法進行改進。

中國專利申請號：201210483539.8名為“一種鈦合金結構件電弧增材制造方法”的專利提供了一種截面為環形的多層多道鈦合金結構件的電弧增材制造方法，該方法采用由內至外的環形焊道依次搭接成形一層環形件，主要針對多層多道環形結構件的堆積，但是該方法并不適合于多層單道傾斜薄壁結構件的堆積，也不能根據薄壁結構件與基板的成形傾角確定堆積過程焊槍偏移量。因此，亟需提出一種多層單道傾斜薄壁結構件電弧填絲增材制造方法。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提出了一種傾斜薄壁結構件電弧填絲增材制造方法，以便高效、精確地成形多層單道薄壁結構件。

為實現上述發明目的，本發明技術方案如下：

一種傾斜薄壁結構件電弧填絲增材制造方法，用于制造與基板有一定夾角傾斜的薄壁結構件，所述薄壁結構件為多層單道結構，包括以下步驟：

步驟一：采用電弧填絲增材制造熱源在基板上堆積第一層第一道，焊槍沿水平方向橫向偏移的距離為第一層第一道堆積寬度的0.667倍，道間等待時間1-3min；然后開始第一層第二道的搭接堆積，層間等待時間1-5min；

由于第一層是在基板上成形的，散熱條件較好，在堆積完第一層第一道之后，為了控制一定的道間溫度，在堆積第一層第二道時，需要設定合適的道間等待時間。如果道間等待時間太短，則道間溫度過高，如果道間等待時間太長，則降低成形效率；因此設定道間等待時間1-3min；

考慮到電弧填絲增材制造過程熱輸入大，從第二層開始，堆積焊道散熱條件逐漸變差，為了防止后續層在堆積過程中出現熔池流淌或成形不良，需要嚴格控制層間溫度。層間等待時間設置過小，容易出現成形熔池的流淌，層間等待時間設定過大，又會降低成形效率。因此，需要設定合適的層間等待時間，因此設定層間等待時間為1-5min；

本發明方法中，第二層是在第一層的基礎上成形的，因此第一層必須堆積出較為平坦的堆積層。第一層包括第一層第一道和第一層第二道，為了獲得平坦的搭接堆積焊道，兩條堆積焊道的中心距離必須設定一個合適的值。如果中心距離設定過大，則兩條堆積焊道之間存在凹坑。如果中心距離設定過小，則會出現堆積焊道“鼓包”現象。因此設定第一層兩個堆積焊道中心距離為第一層第一道堆積寬度的0.667倍；

步驟二：焊槍移動至第一層第一道堆積路徑起弧或熄弧端處，然后焊槍沿水平方向橫向偏移dmm，完成第二層的堆積，層間等待時間1-5min；在第二層及后續層的堆積過程中，焊槍沿水平方向橫向偏移量d是通過以下公式計算確定的：d＝h·cosβ，其中，β為多層單道傾斜薄壁結構件與基板的夾角，h為多層單道結構件與基板夾角為90°時的層高；