一种基于旁路双丝等离子弧的金属间化合物增材制造方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于旁路双丝等离子弧的金属间化合物增材制造方法及装置，属于金属化合物制成领域。本发明专利技术的装置由一个等离子电源、等离子焊枪、双丝机构、分流模块及控制系统等组成。增材时，开启等离子电源，引燃等离子弧，两根异种金属焊丝同步送到电弧中心，通过调节两根丝材的熔合比来控制金属间化合物的组成。本发明专利技术通过电弧增材制造直接生产金属间化合物结构件，可精确控制金属间化合物成分，降低其制造成本，提高增材效率和成形精度，改善结构件性能，是一种高效率、低成本的制备金属间化合物新技术。

【技术实现步骤摘要】
一种基于旁路双丝等离子弧的金属间化合物增材制造方法及装置
本专利技术属于金属化合物制成领域，尤其涉及一种基于旁路双丝等离子弧的金属间化合物增材制造方法及装置。
技术介绍
金属间化合物具有与原金属不同的结晶结构和原子结构，能形成新的有序超点阵结构，具有许多与众不同的性质，而有别于目前广泛应用的金属或合金。在近几十年里得到了快速发展，应用领域也在逐渐扩大。例如，TiAl基金属间化合物(也称TiAl合金)是一种新型轻质的高温结构材料，密度不到镍基合金的50％，具有轻质高强、耐蚀耐磨、耐高温以及优异的高温力学性能等优点。NiTi金属间化合物具有优良的机械性能、抗腐蚀性、形状记忆效应、超弹性、阻尼特性和生物相容性等。FeNi金属间化合物根据Fe含量梯度分布可以广泛用于吸波材料、硬质合金、磁性材料等。因此，人们对金属间化合物的制备方法展开了深入的研究和探索。然而，传统制备方法如机械合金法、液相还原法、等离子烧结、铸造等，不能兼顾成本、效率、性能等方面。电弧增材制造由于其成本低、灵活性好、效率高等受到广泛关注，特别适合大型金属间化合物结构件的增材制造，但传统电弧热源的加热范围大、熔化区域宽，使得金属间化合物的控形控性变得十分困难。基于此，本专利技术提出一种旁路双丝等离子弧金属间化合物增材制造方法，利用能量高度集中的等离子弧作为热源，将两根异种金属丝材直接送入等离子弧中心，并通过焊丝分流部分等离子弧电流，这样既可减少流经基材的电流，又可利用热丝电弧提高丝材的熔敷效率。增材时，通过调整两丝材的分流电流可控制两种金属的熔合比和熔化效率，并通过保护气体来防止金属间化合物的氧化、氮化。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种改善传统金属间化合物制备方法的效率低、成本高、精度差等问题的基于旁路双丝等离子弧的金属间化合物增材制造方法，本专利技术的目的是这样实现的：一种基于旁路双丝等离子弧的金属间化合物增材制造方法，包括离子焊接电源1、旁路焊丝3和焊丝7、送丝机构4和6、分流模块2和8、旁路电流调节系统9和12、电流传感器10、基板11和等离子钨极5；具体步骤如下：步骤1：取与金属间化合物成分相近的板材作为基板11，焊前预热，预热温度为100到200度；步骤2：焊接前，连接所有焊接设备与装置，保证焊枪等离子钨极5轴线与基板11基本垂直，焊接材料如果有易氧化氮化金属需要在熔敷层上方加装保护气罩；步骤3：调整焊枪保护气喷嘴距工件的高度8-12mm，调整等离子钨极内缩量0.8-2.4mm，调整旁路焊丝3、焊丝7与等离子钨极5夹角为30-60度，调整旁路焊丝与焊丝间夹角为60-90度，同时确保两个焊丝直接送入到等离子弧的中心；步骤4：根据所需制造的金属化合物成分和二元合金相图确定各组分含量，根据基板材料确定第一层焊道电流，通过该金属间化合物的热处理分析数据确定合适的流入上一层焊道的电流Im，通过Im和元素组分含量确定分流电流和双丝的直径；步骤5：根据步骤计算分流电流和实际增材制造需要设定焊接工艺参数；步骤6：开启等离子焊接电源1和分流模块2、分流模块8，启动高频引弧器引燃等离子弧，通过小弧确定旁路焊丝3、焊丝7是否送入电弧中心，然后启动送丝机构4、6进行焊接；焊接过程中，通过电流传感器10检测流经工件的焊接电流，同时利用旁路电流调节系统9和12调节旁路焊接电流的大小来控制金属间化合物组分。所述的焊接工艺参数如下：等离子电流50-300A，旁路电流0-150A，焊丝直径0.8-1.6mm，离子气流量0.3-1.5L/min，保护气流量10-25L/min，送丝速度0.5-10.0m/min，焊接速度0-3.0m/min。本专利技术的目的还在于提供了一种基于旁路双丝等离子弧的金属间化合物增材制造装置：一种基于旁路双丝等离子弧的金属间化合物增材制造装置，包括离子焊接电源1、旁路焊丝3和焊丝7、送丝机构4和6、分流模块2和8、旁路电流调节系统9和12、电流传感器10、基板11和等离子钨极5；其中，等离子焊接电源的正、负极分别与基板11和等离子钨极5相连，而旁路焊丝3和焊丝7分别通过IGBT分流模块2和8后与等离子电源的正极相连；焊接时，旁路焊丝3及焊丝7与钨极5的夹角为30-60度，旁路焊丝3与焊丝7间夹角为60-90度。与现有技术相比，本专利技术的优势在于：1、相较于传统大型熔炼设备，该工艺设备简单，操作容易，效率更高；相较于传统铸造方法，该工艺无需建造铸型，通过这种增材制造方式提高效率同时可以实现任意复杂度零件加工制造；相较于传统粉末冶金，解决了粉末制造难度大，混合不均匀问题，通过双丝分流精确控制熔滴融合和化合物成分2、等离子弧具有热输入较低，热影响区小、加工精度高的优势，又具有类似于激光、电子束等热源温度高、集束性好的特点，可以更好控制成型精度与力学性能。3、相较于激光、电子束、TIG、MIG制造，等离子弧具有热输入较低，热影响区小、加工精度高的优势，又具有类似于激光、电子束等热源温度高、集束性好的特点，可以更好控制金属间化合物成型精度与力学性能。4、利用双旁路分流来控制两根丝材的热丝电流，从而调控丝材的熔化速度，进而调控金属间化合物的组成。同时，通过分流模块对丝材熔化的熔滴过渡形式进行精确调控，有助于两金属之间的充分融合，进而提高金属间化合物的组分精度。5、等离子电流被双丝分流，仅有部分电流流入基材，实现了对上一熔敷层材料热输入的精确控制，既能细化前一层焊道晶体结构，也使热影响区变窄，减少了构件的变形，保证了金属间化合物的性能和增材制造的尺寸精度。附图说明图1是基于旁路双丝等离子弧的金属间化合物增材制造方法的原理图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做更详细地描述：图1是基于旁路双丝等离子弧的金属间化合物增材制造方法的原理图，该焊接装置主要由等离子焊接电源1、送丝机构4和6、分流模块2和8、旁路电流调节系统9和12与电流传感器10等组成。等离子焊接电源1的正、负极分别与基板11和等离子钨极5相连，而旁路焊丝3和焊丝7分别通过IGBT分流模块2和8后与等离子电源1的正极相连。焊接时，焊丝3、7与钨极5的夹角为30-60度，焊丝3与焊丝7间夹角为60-90度，以保证电弧耦合稳定性和增强异种金属熔滴融合稳定性，有助于控制金属间化合物成分。焊接过程中，通过控制系统9、12调节分流模块的阻值，控制热丝电流从而控制两种焊丝熔化速度，进而实现对金属间化合物成分的有效控制，同时利用电流传感器检测流经母材的电流大小，从而控制对母材的热输入，达到不仅能对上一层熔敷层进行一次热处理的效果，又能通过对热输入的精确控制避免熔敷层塌陷。基于本实施方式的旁路双丝等离子弧的金属间化合物增材制造的步骤如下：步骤1：取与金属间化合物成分相近的板材作为基板，焊前预热，预热温度为100到200度。步骤2：焊接前，按图1所示方法连接所有焊接设备与装置，保证等离子焊枪钨极轴线5与基板11基本垂直，焊接材料如果有易氧化氮化金属需要在熔敷层上方加装保护气罩。步骤3：调整焊枪保护气喷嘴距工件的高度(8-12mm)，调整等离子钨极内缩量(0.8-2.4mm)，调整焊丝3、7与钨极5夹角为30-60度，调整焊丝3与焊丝7间夹角为60-90度，同时确保两个焊丝直接送入到等离子弧的中心。步骤4：根据所需制造本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于旁路双丝等离子弧的金属间化合物增材制造方法，其特征在于：包括离子焊接电源(1)、旁路焊丝(3)和焊丝(7)、送丝机构(4)和(6)、分流模块(2)和(8)、旁路电流调节系统(9)和(12)、电流传感器(10)、基板(11)和等离子钨极(5)；具体步骤如下：步骤1：取与金属间化合物成分相近的板材作为基板(11)，焊前预热，预热温度为100到200度；步骤2：焊接前，连接所有焊接设备与装置，保证焊枪等离子钨极(5)轴线与基板(11)基本垂直，焊接材料如果有易氧化氮化金属需要在熔敷层上方加装保护气罩；步骤3：调整焊枪保护气喷嘴距工件的高度(8‑12mm)，调整等离子钨极内缩量(0.8‑2.4mm)，调整旁路焊丝(3)、焊丝(7)与等离子钨极(5)夹角为(30‑60)度，调整旁路焊丝与焊丝间夹角为(60‑90)度，同时确保两个焊丝直接送入到等离子弧的中心；步骤4：根据所需制造的金属化合物成分和二元合金相图确定各组分含量，根据基板材料确定第一层焊道电流，通过该金属间化合物的热处理分析数据确定合适的流入上一层焊道的电流Im，通过Im和元素组分含量确定分流电流和双丝的直径；步骤5：根据步骤计算分流电流和实际增材制造需要设定焊接工艺参数；步骤6：开启等离子焊接电源(1)和分流模块(2)、分流模块(8)，启动高频引弧器引燃等离子弧，通过小弧确定旁路焊丝(3)、焊丝(7)是否送入电弧中心，然后启动送丝机构(4)、(6)进行焊接；焊接过程中，通过电流传感器(10)检测流经工件的焊接电流，同时利用旁路电流调节系统(9)和(12)调节旁路焊接电流的大小来控制金属间化合物组分。...

【技术特征摘要】
1.一种基于旁路双丝等离子弧的金属间化合物增材制造方法，其特征在于：包括离子焊接电源(1)、旁路焊丝(3)和焊丝(7)、送丝机构(4)和(6)、分流模块(2)和(8)、旁路电流调节系统(9)和(12)、电流传感器(10)、基板(11)和等离子钨极(5)；具体步骤如下：步骤1：取与金属间化合物成分相近的板材作为基板(11)，焊前预热，预热温度为100到200度；步骤2：焊接前，连接所有焊接设备与装置，保证焊枪等离子钨极(5)轴线与基板(11)基本垂直，焊接材料如果有易氧化氮化金属需要在熔敷层上方加装保护气罩；步骤3：调整焊枪保护气喷嘴距工件的高度(8-12mm)，调整等离子钨极内缩量(0.8-2.4mm)，调整旁路焊丝(3)、焊丝(7)与等离子钨极(5)夹角为(30-60)度，调整旁路焊丝与焊丝间夹角为(60-90)度，同时确保两个焊丝直接送入到等离子弧的中心；步骤4：根据所需制造的金属化合物成分和二元合金相图确定各组分含量，根据基板材料确定第一层焊道电流，通过该金属间化合物的热处理分析数据确定合适的流入上一层焊道的电流Im，通过Im和元素组分含量确定分流电流和双丝的直径；步骤5：根据步骤计算分流电流和实际增材制造需要设定焊接工艺参数；步骤6：开启等离子焊接电源(1)和分流模块(2)、分流模块(8)，启动...

【专利技术属性】
技术研发人员：苗玉刚，刘吉，马照伟，杨晓山，韩端锋，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23