[發(fā)明專利]一種梯度材料雙絲雙鎢極氬弧增材制造的裝置與方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810643321.1
• 申請(qǐng)日: 2018-06-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108788389B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-09-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張廣軍;韓慶璘
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B23K9/04
• 分類號(hào): B23K9/04;B23K9/133;B23K9/167;B33Y10/00;B33Y30/00
• 代理公司: 哈爾濱市陽(yáng)光惠遠(yuǎn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23211
• 代理人: 孫強(qiáng)

本發(fā)明提出一種梯度材料雙絲雙鎢極氬弧增材制造的裝置與方法，該裝置的雙鎢極氬弧增材制造槍下方安裝有偏鎢極一與偏鎢極二，偏鎢極一與偏鎢極二垂直設(shè)置在基板上方；導(dǎo)絲嘴一和導(dǎo)絲嘴二設(shè)置于雙鎢極氬弧增材制造槍前方。在熔敷過(guò)程中同時(shí)向熔池中輸送兩根異種成分金屬絲，通過(guò)調(diào)節(jié)金屬絲送進(jìn)比例來(lái)控制熔敷道成分與性能，實(shí)現(xiàn)梯度材料的電弧增材制造。本發(fā)明確保在大電流、高送絲速度的熔敷工藝下依然可以良好成形，在不更換焊絲的情況下，所制備的梯度材料成形件的成分即可從一種金屬絲的成分連續(xù)地過(guò)渡到另一種金屬絲的成分，熔敷效率高達(dá)330cm³/h，并且熔敷道成分更加均勻，與目標(biāo)設(shè)定成分相對(duì)誤差小于10％。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種增材制造的裝置與方法，具體涉及一種梯度材料雙絲雙鎢極氬弧增材制造的裝置與方法，屬于梯度材料的電弧增材制造領(lǐng)域。

背景技術(shù)

電弧增材制造是一種金屬材料增材制造工藝，該工藝以焊接電弧為熱源，填充金屬金屬絲并逐層逐道熔敷成形，具有低成本、高效率等優(yōu)點(diǎn)。目前電弧增材制造方法主要包括熔化極氣體保護(hù)電弧(Gas metal arc，GMA)增材制造、鎢極氬弧(Gas tungsten arc，GTA)增材制造等。隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，常規(guī)的均質(zhì)材料已經(jīng)難以滿足各行各業(yè)對(duì)零件綜合性能的要求，梯度材料的電弧增材制造成為了目前的研究熱點(diǎn)。

與GMA增材制造相比，鎢極氬弧增材制造的過(guò)程穩(wěn)定性更高，熔敷過(guò)程無(wú)飛濺，適用于絕大多數(shù)黑色金屬和有色金屬的增材制造；并且其送絲速度與熔敷電流彼此獨(dú)立，靈活性高，采用雙絲鎢極氬弧增材制造的方法可以應(yīng)用于梯度材料的增材制造。

然而，傳統(tǒng)的單鎢極氬弧增材制造的鎢極載流能力有限，且電弧壓力隨電流升高呈指數(shù)增長(zhǎng)，過(guò)大的電弧壓力會(huì)造成指狀熔深，熔池容易失穩(wěn)破壞，導(dǎo)致成形惡化。因此鎢極氬弧增材制造一般采用200A以下小電流熔敷工藝，導(dǎo)致其熔敷效率明顯低于其他電弧增材制造方法。

不僅如此，小電流熔敷工藝的熱輸入過(guò)低，導(dǎo)致熔池體積小、溫度低、冷卻速度快、流動(dòng)緩慢，因此，傳統(tǒng)的雙絲單鎢極氬弧增材制造的熔池沒(méi)有充足的時(shí)間和動(dòng)力將所填充的異種金屬絲充分混合，凝固成形后的熔敷道往往伴隨成分偏聚等問(wèn)題，故所得梯度材料成形件的成分分布情況與設(shè)計(jì)目標(biāo)不一致，性能無(wú)法得到保障。

因此迫切需要提出一種新的高效高質(zhì)量的梯度材料氬弧增材制造方法，在保留傳統(tǒng)氬弧增材制造過(guò)程穩(wěn)定優(yōu)點(diǎn)的前提下確保在500A以上大電流、高送絲速度的熔敷工藝下依然可以良好成形，提高熔敷效率，同時(shí)降低熔池的凝固速度并加劇熔池流動(dòng)，使熔敷道成分更加均勻，得到的梯度材料質(zhì)量更高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)的單鎢極氬弧增材制造熔敷效率低的問(wèn)題，以及熔池沒(méi)有充足的時(shí)間和動(dòng)力將所填充的異種金屬絲充分混合，凝固成形后的熔敷道往往伴隨成分偏聚，所得梯度材料成形件的成分分布情況與設(shè)計(jì)目標(biāo)不一致，性能無(wú)法得到保障以及熔敷效率低的問(wèn)題，提供了一種實(shí)現(xiàn)500A以上大電流梯度材料增材制造的雙絲雙鎢極氬弧增材制造裝置與方法，以確保在大電流、高送絲速度的熔敷工藝下依然可以良好成形，提高熔敷效率，同時(shí)降低熔池的凝固速度并加劇熔池流動(dòng)，使熔敷道成分更加均勻。

為達(dá)此目的，本發(fā)明提出一種梯度材料雙絲雙鎢極氬弧增材制造的裝置包括鎢極氬弧增材制造電源一、鎢極氬弧增材制造電源二、雙鎢極氬弧增材制造槍、偏鎢極一、偏鎢極二、導(dǎo)絲嘴一、導(dǎo)絲嘴二、送絲機(jī)一、送絲機(jī)二、送絲軟管一和送絲軟管二；

所述雙鎢極氬弧增材制造槍下方安裝有彼此絕緣的偏鎢極一與偏鎢極二，所述偏鎢極一與偏鎢極二相對(duì)設(shè)置并通過(guò)電纜分別與鎢極氬弧增材制造電源一和鎢極氬弧增材制造電源二的負(fù)極相連接，所述鎢極氬弧增材制造電源一和鎢極氬弧增材制造電源二的正極與基板連接，所述偏鎢極一與偏鎢極二垂直設(shè)置在基板的上方，在偏鎢極一、偏鎢極二與基板之間形成一個(gè)電弧，電弧電流等于流經(jīng)偏鎢極一與偏鎢極二的電流之和；所述導(dǎo)絲嘴一和導(dǎo)絲嘴二鏡像對(duì)稱設(shè)置于雙鎢極氬弧增材制造槍的前方，所述導(dǎo)絲嘴一與送絲機(jī)一之間設(shè)有送絲軟管一，所述導(dǎo)絲嘴二與送絲機(jī)二之間設(shè)有送絲軟管二。