一种镁合金的丝材电弧增材制造方法技术

本发明专利技术属于金属增材制造技术领域，具体涉及一种镁合金的丝材电弧增材制造方法，包括以下步骤：对工件基板进行预处理后固定在工作台上，将镁合金丝材矫直后送至焊枪下方；调控丝材电弧增材制造的相关工艺及参数，开始进行电弧增材制造，直到完成构件的最终成形。本发明专利技术通过调整工艺以及相关参数，可实现材料的抗拉强度和塑性不受加工材料宽度的影响，均能实现材料强塑性的同步提高；本发明专利技术构件实现了层与层之间的良好结合，改善了组织的均匀性，避免了因层间结合不良发生的断裂，从而提高电弧增材制造构件的结合强度，降低裂纹以及孔隙率，获得表面综合性能高、成形性好的构件。成形性好的构件。

【技术实现步骤摘要】
一种镁合金的丝材电弧增材制造方法


[0001]本专利技术属于金属增材制造
，具体涉及一种镁合金的丝材电弧增材制造方法。

技术介绍

[0002]镁合金作为最轻质的金属工程结构材料，具有许多优异的特性，如密度低，比强度、比刚度高，电磁屏蔽能力强等，并且镁合金资源丰富，生物降解能力优良，在实现轻量化、节能减排中发挥着重要作用，被广泛应用于汽车、航空航天、电子、机械等领域。为了实现进一步的轻量化，生产近净成形的构件是镁合金应用的重要趋势。然而，近净成形的构件通常为尺寸较大和较为复杂的形状，因此传统的锻造和铸造加工方式难以实现和大规模应用。尽管一些研究报道采用电弧增材制造方法进行镁合金构件的加工，但由于镁合金具有熔点较低、热导率较大等特点，在焊接过程中易氧化、燃烧，容易出现裂纹、气孔等金属冶金缺陷，采用电弧增材制造技术对于镁合金构件仍需解决诸多问题。
[0003]在电弧增材制造过程中金属熔化以熔滴过渡的形式进行，随着堆积层数与宽度的增加，构件散热条件变差、热累积严重，会导致熔池过热、堆积形状难以控制、成型不良等问题，使得构件表面形态和成型尺寸控制困难，导致成型精度较低，同时，较高的热输入与较大的温度差会使晶粒发生长大，从而降低了构件的力学性能。此外，由于丝材电弧增材成形过程中每层增材制造结束后表面发生氧化、污染，上下层间温度差较大等影响，导致构件产生明显的分层结构，组织不均匀，易因层间结合不良而发生断裂。在较大热输入条件下，电弧增材制造过程中容易形成气孔、孔洞、裂纹等缺陷。
[0004]在目前的研究中，人们对镁合金的电弧增材制造技术的研究主要应用在沉积率低、热积累少、成型构件宽度较小以及规则形状的构件，使其不能广泛地应用于实际之中。电弧增材制造是一个受多参数影响的工艺过程，随着构件宽度的提高，会产生力学性能下降、成型精度降低、内部缺陷较多等问题。因此，如何降低热输入、减少残余应力和变形、避免气孔、孔洞、裂纹等缺陷，并且在提高构件抗拉强度和塑性的同时获得适用于不同宽度或不规则形状构件的制备方法是目前亟待解决的技术难题。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种镁合金的丝材电弧增材制造方法，它包括如下步骤：
[0006](1)对工件基板表面进行预处理，所述工件基板为镁合金基板，所述的预处理：采用500目砂纸打磨后，用丙酮和无水乙醇清洁基板表面，再将基板加热到100～300℃获得预处理后的基板；
[0007](2)搭建实验平台，使用夹具将步骤(1)中预处理后的基板固定在工作台上，将直径为0.5～5mm的镁合金丝材矫直后通过送丝器送至焊枪下方，干伸长为5～20mm，送丝角度为5～25
°
，所述送丝角度为所述镁合金丝材与基板法线之间的夹角；采用冷金属过渡焊接
(CMT)热源进行单道多层电弧增材制造，以垂直基板表面方向为增材制造的沉积方向，以沿着基板的长度方向为增材制造的行进方向，在保护气氛下，采用双向往复加工路径进行增材制造，焊枪自左侧起始位置起弧开始进行沉积，到达右侧终点位置后熄弧，焊枪向上提高一定高度后停留一段时间，之后再起弧，自右向左进行第二层的增材制造过程，如此往复沉积5～50层，最终获得镁合金的丝材电弧增材制造直壁墙状构件；所述的保护气为高纯氩气或二氧化碳气体与氩气的混合气体，气体流量为15～30L/min；所述焊枪采用摆动式行进，所述的焊接电流为70～250A，焊接电压为10～25V，脉冲频率5～30Hz。
[0008]进一步地，步骤(1)所述的镁合金基板为Mg
‑
Al
‑
Zn系、Mg
‑
Al
‑
Ca
‑
Mn系或Mg
‑
Al
‑
Zn
‑
Re系镁合金中的一种；
[0009]进一步地，所述的Mg
‑
Al
‑
Zn系镁合金为AZ31、AZ61、AZ80或AZ91中的一种。
[0010]进一步地，步骤(2)所述的镁合金丝材为Mg
‑
Al
‑
Zn系、Mg
‑
Al
‑
Ca
‑
Mn系或Mg
‑
Al
‑
Zn
‑
Re系镁合金中的一种；
[0011]进一步地，所述的Mg
‑
Al
‑
Zn系镁合金为AZ31、AZ61、AZ80或AZ91中的一种。
[0012]进一步地，步骤(2)所述的摆动为三角摆动、正弦摆动或半圆弧摆动。
[0013]进一步地，步骤(2)所述的焊枪摆动振幅为2～12mm，摆动频率为5～12Hz。
[0014]进一步地，步骤(2)所述的焊枪向上提高的高度为0.5～5.0mm。
[0015]进一步地，步骤(2)所述的焊枪行进速度为5～20mm/s，层间停留时间为60～500s。
[0016]进一步地，步骤(2)获得的直壁墙状构件宽度为5～40mm，高度为30～100mm。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的优势在于：
[0018]相对于现有技术，本专利技术通过联合调控丝材电弧增材制造的相关工艺以及参数显著提高了沉积率，解决了随着沉积率提高、热输入增大而导致的构件力学性能下降的问题，在应用过程中，根据实际需要能够获得不同宽度的构件，并且材料的抗拉强度和塑性不受加工材料宽度的影响，可以实现材料强塑性的同步提高，即使较宽的构件，其抗拉强度和塑性略高于或相当于较窄的构件。
[0019]此外，本专利技术获得的构件拉伸后断口形貌为大量细小的等轴韧窝，断裂机制为韧性断裂，说明本专利技术构件实现了层与层之间的良好结合，通过联合调控丝材电弧增材制造的相关工艺以及参数提高了构件的力学性能和塑性；此外消除了增材制造过程中明显的分层结构，改善了组织的均匀性，避免了因层间结合不良发生的断裂，从而提高电弧增材制造构件的结合强度，改善电弧增材制造构件的抗拉强度和塑性；同时避免了在较大热输入条件下普通丝材电弧增材制造过程中容易形成的气孔、孔洞、裂纹等缺陷的发生，最终获得了表面综合性能较高、成型性好的构件。
具体实施方式
[0020]下面结合实施例对本专利技术作进一步的详细描述。
[0021]实施例1
[0022]本实施例提供了丝材直径为1.2mm的AZ31镁合金的丝材电弧增材制造直壁墙状构件的方法，包括以下步骤：
[0023](1)进行丝材电弧增材制造之前需对工件基板表面的氧化膜进行预处理，所述工件基板为AZ31镁合金基板，尺寸为300mm
×
40mm
×
5mm，所述的预处理为500目砂纸打磨，并
用丙酮和无水乙醇清洁基板表面的油污，将基板预热到200℃。
[0024](2)搭建实验平台，使用夹具将基板固定在工作台上，将直径为1.2mm的AZ31镁合金丝材矫直后通过送丝器送本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镁合金的丝材电弧增材制造方法，其特征在于，它包括如下步骤：(1)对工件基板表面进行预处理，所述工件基板为镁合金基板，所述的预处理：采用500目砂纸打磨后，用丙酮和无水乙醇清洁基板表面，再将基板加热到100～300℃获得预处理后的基板；(2)搭建实验平台，使用夹具将步骤(1)预处理后的基板固定在工作台上，将直径为0.5～5mm的镁合金丝材矫直后通过送丝器送至焊枪下方，干伸长为5～20mm，送丝角度为5～25
°
，所述送丝角度为所述镁合金丝材与基板法线之间的夹角；采用冷金属过渡焊接(CMT)热源进行单道多层电弧增材制造，以垂直基板表面方向为增材制造的沉积方向，以沿着基板的长度方向为增材制造的行进方向，在保护气氛下，采用双向往复加工路径进行增材制造，焊枪自左侧起始位置起弧开始进行沉积，到达右侧终点位置后熄弧，焊枪向上提高一定高度后停留一段时间，之后再起弧，自右向左进行第二层的增材制造过程，如此往复沉积5～50层，最终获得镁合金的丝材电弧增材制造直壁墙状构件；所述的保护气为高纯氩气或二氧化碳气体与氩气的混合气体，气体流量为15～30L/min；所述焊枪采用摆动式行进，所述的焊接电流为70～250A，焊接电压为10～25V，脉冲频率5～30Hz。2.根据权利要求1所述的一种镁合金的丝材电弧增材制造方法，其特征在于，步骤(1)所述的镁合金基板为Mg
‑
Al
‑
Zn系、Mg
‑
Al
‑
Ca
‑
Mn系或Mg
‑
Al
‑
Zn
‑
Re系镁合金中的一种。3.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：王慧远，于智洋，马品奎，陈俊辰，杨易杭，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：