一种提高铝合金电弧增材冶金强度的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高铝合金电弧增材冶金强度的方法，包括：依据铝合金构件的形状预先规划增材路径；所述焊枪以所述增材路径为轴，在与所述基板平行的平面上进行摆动，摆动轨迹由多个重复单元依次首尾衔接而成，所述重复单元由分布在所述轴两侧的两个等腰梯形轨迹首尾衔接而成，所述等腰梯形轨迹由两个腰和一个较短底边构成，两个等腰梯形轨迹相对于衔接点呈中心对称；所述摆动轨迹的振幅为2～5mm，所述焊枪在所述重复单元的两个最大振幅位置行进的时间均为0.1～0.2s，所述焊枪形成每个重复单元所使用的时间为0.3～0.6s。本发明专利技术所制造成形的铝合金构件的冶金结合性能好，强度可以提高至母材的90％以上。

【技术实现步骤摘要】
一种提高铝合金电弧增材冶金强度的方法
本专利技术属于增材制造领域，尤其涉及一种提高铝合金电弧增材冶金强度的方法。
技术介绍
在增材制造领域，以电弧作为热源的金属零件增材制造技术具有设备简单、材料利用率高、生产效率高等优点。电弧增材制造技术采用电弧作为热源将金属丝材熔化，按设定成型路径在基板上堆积层片，层层堆积直至金属零件成型。因此，电弧增材技术是低成本金属零件直接制造的重要研究方向。其中铝合金材料已广泛应用于航空航天产品制造，可有效减轻产品重量，提高产品飞行性能。但电弧增材制造过程是以层层堆积实现，随着层数的增加，堆积零件热积累严重、层与层之间散热条件差、熔池过热，此问题直接影响零件的冶金结合强度。同时铝合金电弧增材过程中由于氢在液态的铝中溶解度很大，而在固态铝中的溶解度几乎为零，当熔池冷却到凝固温度时氢的溶解度极具下降，析出大量的氢来不及逸出，会在铝合金中形成大量的氢气孔，导致零件力学性能下降。由此可见提高铝合金电弧增材冶金强度是铝合金增材制造技术的主要瓶颈之一。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足之处，给出了一种提高铝合金电弧增材冶金强度的方法。本专利技术的技术解决方案是：一种提高铝合金电弧增材冶金强度的方法，包括以下步骤：采用铝合金焊丝，利用冷金属过渡焊机实施铝合金构件的电弧增材制造过程；其中，在对所述铝合金构件的每一层进行电弧增材制造的过程中，依据所述铝合金构件的形状预先规划增材路径，所述冷金属过渡焊机的焊枪沿着所述增材路径连续行进，从而使所述铝合金焊丝在基板上形成一层堆积层；所述焊枪以所述增材路径为轴，在与所述基板平行的平面上进行摆动，摆动轨迹由多个重复单元依次首尾衔接而成，所述重复单元由分布在所述轴两侧的两个等腰梯形轨迹首尾衔接而成，所述等腰梯形轨迹由两个腰和一个较短底边构成，两个等腰梯形轨迹相对于衔接点呈中心对称；所述摆动轨迹的振幅为2～5mm，所述焊枪在所述重复单元的两个最大振幅位置行进的时间均为0.1～0.2s，所述焊枪形成每个重复单元所使用的时间为0.3～0.6s。优选的是，所述的提高铝合金电弧增材冶金强度的方法中，所述铝合金焊丝为5B06铝合金焊丝。优选的是，所述的提高铝合金电弧增材冶金强度的方法中，所述铝合金焊丝的直径为1.2mm。优选的是，所述的提高铝合金电弧增材冶金强度的方法中，在对所述铝合金构件的每一层进行电弧增材制造的过程中，所述铝合金焊丝伸出所述焊枪的导丝嘴的长度为12～15mm，送丝速度为7m/min～9m/min。优选的是，所述的提高铝合金电弧增材冶金强度的方法中，在对所述铝合金构件的每一层进行电弧增材制造的过程中，焊枪的行进速度为8mm/s～11mm/s。优选的是，所述的提高铝合金电弧增材冶金强度的方法中，在对所述铝合金构件的每一层进行电弧增材制造的过程中，所述冷金属过渡焊机采用冷金属过渡工艺和脉冲过渡的混合过渡方式工作。优选的是，所述的提高铝合金电弧增材冶金强度的方法中，在对所述铝合金构件的每一层进行电弧增材制造的过程中，采用99.999％高纯氩进行正面保护，流量为18～20L/min。优选的是，所述的提高铝合金电弧增材冶金强度的方法中，所述基板由厚度为20mm的5A06铝合金板材制成；进行电弧增材制造之前，先对所述基板进行酸洗，然后将表面打磨平整并用丙酮擦拭干净。优选的是，所述的提高铝合金电弧增材冶金强度的方法中，在对所述铝合金构件的每一层进行电弧增材制造的之前，先在所述基板上制造打底层，制造打底层时，焊接电流比所述增材电流大20-50A，所述冷金属过渡焊机采用冷金属过渡工艺和脉冲过渡的混合过渡方式工作，所述打底层的宽度比在其上形成的上层堆积层的宽度大，所述打底层的表面平整。本专利技术与现有技术相比具有如下优点：本专利技术采用冷金属过渡焊机进行电弧增材制造过程，在对铝合金构件的每一层进行电弧增材制造的过程中，焊枪以增材路径为轴，在与基板平行的平面上进行摆动，从而形成特定的摆动轨迹。本专利技术所制造成形的铝合金构件由全焊缝组织组成，熔池中的气体受到焊丝摆动的作用更容易被搅动析出，熔深增加，使金属致密度高，冶金结合性能好，铝合金构件的强度可以提高至母材的90％以上。本专利技术设备投资少，材料利用率高(接近于100％)，降低了生产成本，缩短了生产周期。附图说明图1为在一个实施例中焊枪摆动轨迹示意图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。本专利技术提供了一种提高铝合金电弧增材冶金强度的方法，包括以下步骤：采用铝合金焊丝，利用冷金属过渡焊机实施铝合金构件的电弧增材制造过程；其中，在对所述铝合金构件的每一层进行电弧增材制造的过程中，依据所述铝合金构件的形状预先规划增材路径，所述冷金属过渡焊机的焊枪沿着所述增材路径连续行进，从而使所述铝合金焊丝在基板上形成一层堆积层；所述焊枪以所述增材路径为轴，在与所述基板平行的平面上进行摆动，摆动轨迹由多个重复单元依次首尾衔接而成，所述重复单元由分布在所述轴两侧的两个等腰梯形轨迹首尾衔接而成，所述等腰梯形轨迹由两个腰和一个较短底边构成，两个等腰梯形轨迹相对于衔接点呈中心对称；所述摆动轨迹的振幅为2～5mm，所述焊枪在所述重复单元的两个最大振幅位置行进的时间均为0.1～0.2s，所述焊枪形成每个重复单元所使用的时间为0.3～0.6s(摆动轨迹如图1所示)。本专利技术采用CMT焊机(CMT，coldmetaltransfer，冷金属过渡)提供热源进行电弧增材制造。在数据处理系统上预先将铝合金构件分层，并规划每层的增材路径，焊接时焊枪根据所规划的增材路径行进(焊丝装设在焊枪的枪头上，焊枪的移动实际意味着焊丝的移动)，每当焊枪从一层的增材路径的一端移动至另一端，铝合金焊丝就在基板上形成一层堆积层。焊枪完成一层的电弧增材制造，须向上移动一定距离，继续上一层的电弧增材制造，从而逐层完成对铝合金构件的电弧增材制造过程。其中，在对每一层进行电弧增材制造过程中，焊枪围绕增材路径做出摆动动作。焊枪在以增材路径为轴，在与基板平行的平面上进行摆动，其摆动轨迹由多个重复单元依次首尾衔接而成。即，前一个重复单元的尾端与后一个重复单元的首端连接。重复单元由两个等腰梯形轨迹首尾衔接而成，等腰梯形轨迹由两个腰和一个较短底边构成(等腰梯形轨迹没有较长底边)，而且两个等腰梯形轨迹相对于二者之间的衔接点呈中心对称分布。重复单元可以大致理解成正弦曲线的形式，只是正弦曲线由两个波浪形曲线段构成，而本专利技术的重复单元由两个等腰梯形轨迹构成。摆动轨迹的振幅为2～5mm，也就是，重复单元的等腰梯形轨迹的较短底边到达增材路径的距离为2～5mm。焊枪在重复单元的两个最大振幅位置行进的时间均为0.1～0.2s，即，焊枪在摆动到最大振幅位置(等腰梯形轨迹的较短底边)的起始位置后，在该位置向前行进，行进时间为0.1～0.2s，因此，焊枪在最大振幅位置的行进距离也就是等腰梯形轨迹的较短底边的长度，可以由行进时间乘以焊枪的行进速度计算得出。焊枪形成每个重复单元所使用的时间为0.3～0.6s，则焊枪在重复单元的四个腰的位置行进的时间合计为0.1～0.2s，由于四个腰是相同的，焊枪在每个腰行进的时间为0.025～0.05s。利用焊枪本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高铝合金电弧增材冶金强度的方法，其特征在于，包括以下步骤：采用铝合金焊丝，利用冷金属过渡焊机实施铝合金构件的电弧增材制造过程；其中，在对所述铝合金构件的每一层进行电弧增材制造的过程中，依据所述铝合金构件的形状预先规划增材路径，所述冷金属过渡焊机的焊枪沿着所述增材路径连续行进，从而使所述铝合金焊丝在基板上形成一层堆积层；所述焊枪以所述增材路径为轴，在与所述基板平行的平面上进行摆动，摆动轨迹由多个重复单元依次首尾衔接而成，所述重复单元由分布在所述轴两侧的两个等腰梯形轨迹首尾衔接而成，所述等腰梯形轨迹由两个腰和一个较短底边构成，两个等腰梯形轨迹相对于衔接点呈中心对称；振幅为2～5mm，所述焊枪在所述重复单元的两个最大振幅位置行进的时间均为0.1～0.2s，所述焊枪形成每个重复单元所使用的时间为0.3～0.6s。

【技术特征摘要】
1.一种提高铝合金电弧增材冶金强度的方法，其特征在于，包括以下步骤：采用铝合金焊丝，利用冷金属过渡焊机实施铝合金构件的电弧增材制造过程；其中，在对所述铝合金构件的每一层进行电弧增材制造的过程中，依据所述铝合金构件的形状预先规划增材路径，所述冷金属过渡焊机的焊枪沿着所述增材路径连续行进，从而使所述铝合金焊丝在基板上形成一层堆积层；所述焊枪以所述增材路径为轴，在与所述基板平行的平面上进行摆动，摆动轨迹由多个重复单元依次首尾衔接而成，所述重复单元由分布在所述轴两侧的两个等腰梯形轨迹首尾衔接而成，所述等腰梯形轨迹由两个腰和一个较短底边构成，两个等腰梯形轨迹相对于衔接点呈中心对称；振幅为2～5mm，所述焊枪在所述重复单元的两个最大振幅位置行进的时间均为0.1～0.2s，所述焊枪形成每个重复单元所使用的时间为0.3～0.6s。2.如权利要求1所述的提高铝合金电弧增材冶金强度的方法，其特征在于，所述铝合金焊丝为5B06铝合金焊丝。3.如权利要求2所述的提高铝合金电弧增材冶金强度的方法，其特征在于，所述铝合金焊丝的直径为1.2mm。4.如权利要求3所述的提高铝合金电弧增材冶金强度的方法，其特征在于，在对所述铝合金构件的每一层进行电弧增材制造的过程中，所述铝合金焊丝伸出所述焊枪的导丝嘴的长度为12～15mm，送...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡洋，步贤政，顾文婷，曲宏韬，韩铁，
申请(专利权)人：北京航星机器制造有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11