[發明專利]一種基于旁路雙絲等離子弧的金屬間化合物增材制造方法及裝置

在審

• 申請號: 201810869751.5
• 申請日: 2018-08-02
• 公開（公告）號: CN109014522A
• 公開（公告）日: 2018-12-18
• 發明（設計）人: 苗玉剛;劉吉;馬照偉;楊曉山;韓端鋒
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: B23K10/00
• 分類號: B23K10/00;B23K10/02;B23K9/04;B23K9/167;B23K9/133
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本發明公開了一種基于旁路雙絲等離子弧的金屬間化合物增材制造方法及裝置，屬于金屬化合物制成領域。本發明的裝置由一個等離子電源、等離子焊槍、雙絲機構、分流模塊及控制系統等組成。增材時，開啟等離子電源，引燃等離子弧，兩根異種金屬焊絲同步送到電弧中心，通過調節兩根絲材的熔合比來控制金屬間化合物的組成。本發明通過電弧增材制造直接生產金屬間化合物結構件，可精確控制金屬間化合物成分，降低其制造成本，提高增材效率和成形精度，改善結構件性能，是一種高效率、低成本的制備金屬間化合物新技術。

技術領域

本發明屬于金屬化合物制成領域，尤其涉及一種基于旁路雙絲等離子弧的金屬間化合物增材制造方法及裝置。

背景技術

金屬間化合物具有與原金屬不同的結晶結構和原子結構，能形成新的有序超點陣結構，具有許多與眾不同的性質，而有別于目前廣泛應用的金屬或合金。在近幾十年里得到了快速發展，應用領域也在逐漸擴大。例如，TiAl基金屬間化合物(也稱TiAl合金)是一種新型輕質的高溫結構材料，密度不到鎳基合金的50％，具有輕質高強、耐蝕耐磨、耐高溫以及優異的高溫力學性能等優點。NiTi金屬間化合物具有優良的機械性能、抗腐蝕性、形狀記憶效應、超彈性、阻尼特性和生物相容性等。FeNi金屬間化合物根據Fe含量梯度分布可以廣泛用于吸波材料、硬質合金、磁性材料等。因此，人們對金屬間化合物的制備方法展開了深入的研究和探索。然而，傳統制備方法如機械合金法、液相還原法、等離子燒結、鑄造等，不能兼顧成本、效率、性能等方面。電弧增材制造由于其成本低、靈活性好、效率高等受到廣泛關注，特別適合大型金屬間化合物結構件的增材制造，但傳統電弧熱源的加熱范圍大、熔化區域寬，使得金屬間化合物的控形控性變得十分困難。

基于此，本發明提出一種旁路雙絲等離子弧金屬間化合物增材制造方法，利用能量高度集中的等離子弧作為熱源，將兩根異種金屬絲材直接送入等離子弧中心，并通過焊絲分流部分等離子弧電流，這樣既可減少流經基材的電流，又可利用熱絲電弧提高絲材的熔敷效率。增材時，通過調整兩絲材的分流電流可控制兩種金屬的熔合比和熔化效率，并通過保護氣體來防止金屬間化合物的氧化、氮化。

發明內容

本發明的目的在于提供一種改善傳統金屬間化合物制備方法的效率低、成本高、精度差等問題的基于旁路雙絲等離子弧的金屬間化合物增材制造方法，本發明的目的是這樣實現的：

一種基于旁路雙絲等離子弧的金屬間化合物增材制造方法，包括離子焊接電源1、旁路焊絲3和焊絲7、送絲機構4和6、分流模塊2和8、旁路電流調節系統9和12、電流傳感器10、基板11和等離子鎢極5；具體步驟如下：

步驟1：取與金屬間化合物成分相近的板材作為基板11，焊前預熱，預熱溫度為100到200度；

步驟2：焊接前，連接所有焊接設備與裝置，保證焊槍等離子鎢極5軸線與基板11基本垂直，焊接材料如果有易氧化氮化金屬需要在熔敷層上方加裝保護氣罩；

步驟3：調整焊槍保護氣噴嘴距工件的高度8-12mm，調整等離子鎢極內縮量0.8-2.4mm，調整旁路焊絲3、焊絲7與等離子鎢極5夾角為30-60度，調整旁路焊絲與焊絲間夾角為60-90度，同時確保兩個焊絲直接送入到等離子弧的中心；

步驟4：根據所需制造的金屬化合物成分和二元合金相圖確定各組分含量，根據基板材料確定第一層焊道電流，通過該金屬間化合物的熱處理分析數據確定合適的流入上一層焊道的電流Im，通過Im和元素組分含量確定分流電流和雙絲的直徑；

步驟5：根據步驟計算分流電流和實際增材制造需要設定焊接工藝參數；

步驟6：開啟等離子焊接電源1和分流模塊2、分流模塊8，啟動高頻引弧器引燃等離子弧，通過小弧確定旁路焊絲3、焊絲7是否送入電弧中心，然后啟動送絲機構4、6進行焊接；焊接過程中，通過電流傳感器10檢測流經工件的焊接電流，同時利用旁路電流調節系統9和12調節旁路焊接電流的大小來控制金屬間化合物組分。