[發明專利]一種第三相增強金屬基復合材料電弧增材制造方法及設備

在審

• 申請號: 202010038278.3
• 申請日: 2020-01-14
• 公開（公告）號: CN111112794A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 周祥曼;王礴允;劉練;田啟華;杜義賢
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: B23K9/04
• 分類號: B23K9/04;B23K9/167;B23K9/173;B33Y10/00;B33Y30/00
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 李登橋

1.一種第三相增強金屬基復合材料電弧增材制造方法，其特征在于，它包括以下步驟：

步驟一：焊接參數選擇及其它設備的準備；

步驟二：建模和機器人編程；

步驟三：堆焊前材料處理；

步驟四：堆焊成形；

步驟五：成形零件處理。

2.根據權利要求1所述的一種第三相增強金屬基復合材料電弧增材制造方法，其特征在于，所述步驟一的具體操作為：選定堆焊形式，熔化極氬氣氣體保護電弧熔積即TIG或者鎢極氬氣氣體保護電弧熔積即MIG；根據金屬基材料、第三相增強基材料、目標材料特性設置焊機焊接參數，選擇送粉器接頭；固定金屬基板，將焊槍、金屬焊絲送絲機構、小型螺桿送粉器分別安裝在機器人手臂上。

3.根據權利要求1所述的一種第三相增強金屬基復合材料電弧增材制造方法，其特征在于，所述步驟一的焊接參數包括：焊接電流、焊接速度，金屬焊絲的送絲速度，氬氣保護氣體流量、送粉器螺桿轉速，以上參數均可根據實際情況調節。

4.根據權利要求1所述的一種第三相增強金屬基復合材料電弧增材制造方法，其特征在于，所述步驟二的具體操作為：使用CAD軟件建立零件三維模型并導入切片軟件，根據焊接材料及焊接環境對零件的CAD模型進行分層，規劃堆焊路徑，獲得機器人運動和送絲速度的編程代碼，并將代碼錄入機器人。

5.根據權利要求1所述的一種第三相增強金屬基復合材料電弧增材制造方法，其特征在于，所述步驟三的具體操作為：堆焊前對金屬基板進行預處理，使其滿足堆焊的條件，并根據目標復合材料的不同，選擇第三相非金屬粉末增強基，使用研磨和烘干的方法對非金屬粉末進行處理。

6.根據權利要求1所述的一種第三相增強金屬基復合材料電弧增材制造方法，其特征在于，所述步驟四的具體操作為：通過焊絲送絲機構調整焊絲送絲位置和送絲角度，通過小型送粉器調整送粉位置及其送粉角度；

開啟電弧進行堆焊，當采用MIG法時焊絲送絲機構將焊絲經由焊槍內部送至等離子弧的弧柱區域，當采用TIG法時焊絲送絲機構將焊絲經焊槍側方送至等離子弧的弧柱區域，并將焊絲置于電弧正下方，金屬焊絲融化形成熔池，送粉機構向熔池輸送粉末；

機器人在程序的控制下驅動焊槍按照既定軌跡進行逐層堆積，程序運行結束后，獲得第三相增強的金屬基復合材料零件。

7.根據權利要求1所述的一種第三相增強金屬基復合材料電弧增材制造方法，其特征在于，所述步驟五的具體操作為：檢查成形零件缺陷，根據所用材料特性，選擇合適的熱處理方法或對其進行切削加工，提高零件的尺寸精度和力學性能。

8.實現權利要求1-7任意一項所述第三相增強金屬基復合材料電弧增材制造方法的設備，其特征在于：它包括金屬基板（1），所述金屬基板（1）正上方設置有焊槍（5）；

當采用TIG法時，在焊槍（5）的內部設置有鎢極（6），所述鎢極（6）與焊機電源（11）的正極相連，所述焊機電源（11）的負機與金屬基板（1）相連，在焊槍（5）的側面設置有焊絲送絲機構（3），所述焊絲送絲機構（3）與焊絲（4）相配合，并對其進行輸送；

當采用MIG法時，在焊槍（5）的正上方設置有焊絲送絲機構（3），所述焊絲送絲機構（3）與焊絲（4）相配合，并對其進行輸送，所述焊絲（4）的末端設置在金屬基板（1）的正上方，所述焊絲（4）的頂端與焊機電源（11）的正極相連，所述焊機電源（11）的負機與金屬基板（1）相連；

所述焊槍（5）的正下發與金屬基板（1）相接觸的側面設置有螺桿送粉器。

9.根據權利要求8所述的第三相增強金屬基復合材料電弧增材制造方法的設備，其特征在于：所述螺桿送粉器包括送粉倉（8），所述送粉倉（8）的底端與傾斜送料筒相連通，所述傾斜送料筒的內部設置有用于輸送粉料的螺桿（9），所述傾斜送料筒的末端連接有送粉器接頭（10）。

10.根據權利要求9所述的第三相增強金屬基復合材料電弧增材制造方法的設備，其特征在于：所述送粉器接頭（10）采用陶瓷頭。