[發明專利]一種金屬熔絲增材制造中晶粒細化裝置及方法

在審

• 申請號: 202110444564.4
• 申請日: 2021-04-23
• 公開（公告）號: CN113084410A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 張慧婧;陳超
• 申請（專利權）人: 東北林業大學
• 主分類號: B23K37/00
• 分類號: B23K37/00;B23K31/02;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y40/00
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 王海婷

本發明提供了一種金屬熔絲增材制造中晶粒細化裝置及方法，裝置包括增材制造工作平臺、工件平臺、支架、送絲機構、焊接機構、隨動機構和超細超聲機構，在支架上安裝絲桿，在絲桿上配合焊接絲母和隨動絲母，工件平臺設置在增材制造工作平臺尚，焊接機構包括焊槍、焊接夾具和焊接電源，焊接夾具固定在焊接絲母上，焊槍安裝在焊接夾具下端，隨動機構包括隨動夾具、連接板和伸縮調節機構，隨動夾具固定在隨動絲母上，伸縮調節機構固定在隨動夾具下端，連接板連接伸縮調節機構和超細超聲機構，超細超聲機構和送絲機構布置在焊槍的兩側。本發明超細超聲機構能夠緊隨液態熔池移動，將超聲高效引入液態熔池，超聲作用效率高，對熔池作用效果均勻。

技術領域

本發明屬于增材制造技術領域，尤其是涉及一種金屬熔絲增材制造中晶粒細化裝置及方法。

背景技術

金屬熔絲增材制造技術是一種高效率、低成本、適合制造大型構件的增材制造方法，其常見的方法有TIG電弧熔絲增材制造、等離子弧熔絲增材制造、激光熔絲增材制造以及CMT增材制造等，其制造原理即是根據所需，選擇金屬絲材，通過熱源將絲材熔化從而實現增材制造過程。這類方法獲得的構件組織通常為粗大的鑄態枝晶組織/枝晶以及等軸晶混合組織，呈現出明顯的各向異性，這些問題嚴重影響了構件的使用安全與壽命。因此如何解決構件組織粗大/各向異性等問題，備受廣大學者關注。

促進形核是細化晶粒的有效途徑之一，即，采用一定的方法，在熔絲增材制造凝固過程中增加形核質點即可達到細化組織的目的。目前，常用的方法是通過添加外來形核質點、振動破碎枝晶的方式來增加熔池凝固過程中的形核質點。通過在熔覆層表面預涂敷細化劑粉末的方式，將適量的細化劑粉末引入金屬熔池，在熔池凝固過程中，增加形核質點，從而達到細化晶粒的目的。這種方法雖然能夠對構件組織起到一定的細化作用，但是不足之處也極為顯著。如，很難獲得均勻的細化劑涂敷，依靠熔池自身流動很難將細化劑在熔池內部均勻分散，因此很難獲得整體細化的構件組織。又如采用振動破碎熔池凝固過程中產生的枝晶，增加形核質點，但是這種方式的沖擊頻率較低，不能使凝固過程中的熔池均受振動作用，同時亦不能有效的將形核質點均勻的分散在熔池內部，并且現有的超聲的方式，都是固定不動的，超聲細化效果不好，因此有必要設計一種全新的金屬熔絲增材制造中晶粒細化裝置來解決上述問題。

發明內容

有鑒于此，本發明旨在提出一種金屬熔絲增材制造中晶粒細化裝置及方法，超細超聲機構能夠緊隨液態熔池移動，將超聲高效的引入液態熔池，超聲作用效率更加高，對熔池的作用效果也更加均勻。

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

一種金屬熔絲增材制造中晶粒細化裝置，包括增材制造工作平臺、工件平臺、支架、送絲機構、焊接機構、隨動機構和超細超聲機構，所述的支架固定在增材制造工作平臺上，在支架上安裝絲桿，所述絲桿由電機電動，在絲桿上配合兩個絲母，其中一個是焊接絲母，一個是隨動絲母，所述的工件平臺設置在增材制造工作平臺的中心處，所述焊接機構包括焊槍、焊接夾具和焊接電源，所述的焊接夾具固定在焊接絲母上，所述的焊槍安裝在焊接夾具的下端，所述的焊接電源為焊槍供電，所述的隨動機構包括隨動夾具、連接板和伸縮調節機構，所述的隨動夾具固定在隨動絲母上，所述的伸縮調節機構固定在隨動夾具的下端，所述的連接板連接伸縮調節機構和超細超聲機構，所述的超細超聲機構和送絲機構布置在焊槍的兩側，所述超細超聲機構包括依次連接的超細超聲工具頭、變幅桿和換能器，所述換能器與超聲電源連接，增材制造時，工件平臺配合向下運動。

進一步的，所述伸縮調節機構包括套筒、上連接座、下連接座和壓縮彈簧，所述上連接座與套筒的上端連接，所述下連接座與套筒的下端連接，所述壓縮彈簧設置在套筒內，且壓縮彈簧的上端套設在上連接座上，下端套設在下連接座上，所述上連接座與隨動夾具固定連接，所述下連接座與連接板連接。

進一步的，所述超細超聲工具頭包括一體連接的連接段和超聲輸出段，所述連接段呈圓臺狀，且連接段的大徑端與變幅桿連接，連接段的小徑端與超聲輸出段連接，所述超聲輸出段為圓柱狀結構，超聲輸出段的直徑為10mm，超聲輸出段的端部為拇指狀。