[發(fā)明專利]一種具有隨焊超聲振動(dòng)和碾壓特征的電弧增材制造方法

有效

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• 申請日: 2021-05-13
• 公開（公告）號: CN113102861B
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 游國強(qiáng);彭力真;周凱旋;姚繁錦;李琪
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號: B23K9/04
• 分類號: B23K9/04;B23K9/28;B23K20/10;B33Y10/00;B33Y30/00
• 代理公司: 重慶信航知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 50218
• 代理人: 穆祥維

本發(fā)明公開了一種具有隨焊超聲振動(dòng)和碾壓特征的電弧增材制造方法，其特征在于，在電弧增材制造焊槍后面設(shè)置可跟隨電弧增材制造焊槍同步同向移動(dòng)的超聲振動(dòng)碾壓滾輪，在電弧增材制造過程時(shí)，超聲振動(dòng)碾壓滾輪跟隨電弧增材制造焊槍焊槍同步同向移動(dòng)，對處于熱塑性階段的電弧增材制造層進(jìn)行超聲振動(dòng)和碾壓，使其發(fā)生塑性變形并促進(jìn)其冷卻，同時(shí)超聲振動(dòng)傳入電弧熔池，使熔池的凝固過程受到近距離的超聲振動(dòng)，利用二者綜合作用使電弧增材層的組織和性能得到改善。本發(fā)明具有能夠在電弧增材制造過程中通過滾輪對電弧增材堆積層進(jìn)行碾壓作用，同時(shí)引入超聲輔助，提高超聲作用效果，以改善電弧增材制造材料或零件的組織和力學(xué)性能的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及增材制造領(lǐng)域，特別涉及具有超聲振動(dòng)和碾壓特征的電弧增材制造方法。

背景技術(shù)

近年來，在資源節(jié)約及高效制造的背景下，基于“加法”加工模式的增材制造技術(shù)在復(fù)雜形狀薄壁件的制造上呈現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。隨著航空航天、國防軍工、軌道交通等關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域?qū)χ旅芙饘倭慵男阅堋⒕取⒅圃斐杀竞椭芷诘囊笕遮吙量蹋叫栝_展相關(guān)研究以突破并掌握金屬零件直接成形技術(shù)。電弧增材制造多采用熔化極惰性氣體保護(hù)焊(MIG)、鎢極惰性氣體保護(hù)焊(TIG)以及等離子體焊接(PA)等電弧為熱源，添加絲材，在程序控制下，根據(jù)三維數(shù)字模型由線-面-體逐漸成形出金屬零件，主要特點(diǎn)是沉積效率和絲材利用率高、整體制造周期短(沉積速率可以達(dá)到1kg/h)、成本低，還具有原位復(fù)合制造以及成形大尺寸零件的能力(可以制造大至lm³的工件)。但是隨著堆積層數(shù)的增加，堆積層熱積累嚴(yán)重，散熱條件不佳，容易出現(xiàn)熔池過熱、堆焊層凝固組織晶粒粗大等問題，還可能出現(xiàn)常見熔焊缺陷(如氣孔、夾雜和熱裂等)，難以獲得高性能的增材制造材料或零件。

針對上述問題，公布號為CN106363173A和CN111215843A的兩篇專利分別公布了一種超聲波輔助激光焊增材制造的裝置及使用方法和一種電弧增材制造熱碾壓的制造方法及裝置，雖然在一定程度上減少了氣孔缺陷，提高了焊縫質(zhì)量。但仍然存在一下問題：激光焊設(shè)備結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，工藝流程，操作步驟繁瑣，成本較高；熱碾壓設(shè)備采用焊后多次碾壓，未考慮到焊縫處于熱塑性時(shí)進(jìn)行碾壓，未能解決對增材堆積層的冷卻問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：怎樣提供一種能夠在電弧增材制造過程中更好地引入超聲輔助，提高超聲作用效果，既能有效改善電弧增材制造堆積層組織及性能，又能對電弧增材制造堆積層進(jìn)行一定程度冷卻的具有隨焊超聲振動(dòng)和碾壓特征的電弧增材制造方法。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案：

一種具有隨焊超聲振動(dòng)和碾壓特征的電弧增材制造方法，其特征在于，在電弧增材制造焊槍后面設(shè)置可跟隨電弧增材制造焊槍同步同向移動(dòng)的超聲振動(dòng)碾壓滾輪，在電弧增材制造過程時(shí)，電弧增材制造焊槍首先引弧并平移，通過焊材熔融和凝固實(shí)現(xiàn)電弧增材制造，超聲振動(dòng)碾壓滾輪跟隨電弧增材制造焊槍焊槍同步同向移動(dòng)，對處于熱塑性階段的電弧增材制造層進(jìn)行超聲振動(dòng)和碾壓，使其發(fā)生塑性變形并促進(jìn)其冷卻，同時(shí)超聲振動(dòng)通過上下與前后結(jié)合的平面振動(dòng)經(jīng)電弧增材制造層和基底母材傳入電弧熔池，使熔池的凝固過程受到近距離的超聲振動(dòng)，利用二者綜合作用使電弧增材層的組織和性能得到改善。

這樣，本發(fā)明所提供技術(shù)方案將超聲振動(dòng)和碾壓有機(jī)結(jié)合于可隨焊槍同步同向移動(dòng)的鋼制滾輪上，該滾輪在電弧增材堆積層剛剛凝固且尚處于熱塑性狀態(tài)時(shí)實(shí)施超聲振動(dòng)和碾壓，使電弧增材堆積層產(chǎn)生塑性變形。其有益效果有二：一是超聲振動(dòng)與碾壓耦合作用，能大大改善材料塑性，使其獲得更大的塑性變形改性，組織性能改善效果更佳；二是在電弧增材堆積層尚處于熱塑性狀態(tài)時(shí)就進(jìn)行超聲振動(dòng)碾壓，既利用了其余熱，相比后續(xù)再次加熱碾壓的方法而言，更節(jié)能和簡單易行，又利用滾輪對電弧增材堆積層進(jìn)行一定的強(qiáng)制冷卻，有利于減少電弧增材制造的層間等待時(shí)間，提高效率。

進(jìn)一步地，所述超聲振動(dòng)碾壓滾輪為鋼制的超聲振動(dòng)碾壓滾輪且其側(cè)表面為適應(yīng)電弧增材制造層橫截面形狀的內(nèi)凹弧形。