本發(fā)明涉及金屬材料增材，尤其是指一種高能束流輔助重熔電弧增材的方法及裝置。

背景技術

1、寫一個專利
背景技術：
隨著工業(yè)時代的發(fā)展，汽車在生活中越來越普及。鋁合金作為車身的常用材料，其因為密度低、比強度高、比剛度高、塑性好、優(yōu)良的導電性、導熱性和抗腐蝕性等特點，是實現(xiàn)結構輕量化的首選材料。

2、電弧增材是目前應用最為廣泛的增材焊接技術，但是在電弧增材的高能量熱源作用下，一方面，樣品內部不僅會產生大量巨大的氣孔，另一方面，電弧增材加工的可控性及精度較低，由此使之難以滿足諸多行業(yè)的高精度加工需求。

3、現(xiàn)階段，為解決上述問題，行業(yè)內嘗試采用激光增材代替?zhèn)鹘y(tǒng)電弧增材加工，激光增材熱源具有能量密度高、熱輸入小、能量精確控制、成形精度較高等優(yōu)點。但是激光增材的加工成本高，加工效率低，難以匹配大型零件的快速加工生產，最為主要的是，其難以適配高反射率材料，因此使用范圍受到較大限制。

技術實現(xiàn)思路

1、為此，本發(fā)明所要解決的技術問題在于克服現(xiàn)有技術中產品增材焊接綜合質量不高的問題，提供一種高能束流輔助重熔電弧增材的方法及裝置。

2、為解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種高能束流輔助重熔電弧增材的方法，其包括如下步驟：步驟s1、對待加工元件進行電弧焊接，待其凝固后得到第一焊接部；步驟s2、采用振動高能束通過金屬焊絲對所述第一焊接部進行至少一次重熔焊接，得到第二焊接部，且使所述第二焊接部覆蓋所述第一焊接部，所述金屬焊絲與待加工元件中的至少一種元素相同，以使所述第二焊接部產生原位析出相，其中，所述第二焊接部的晶粒直徑小于所述第一焊接部的晶粒直徑，以使待加工元件焊縫處形成雙相結構。

3、在本發(fā)明的一個實施例中，步驟s1中采用冷金屬過渡電弧焊接工藝對待加工元件的焊縫處進行增材，在電弧焊接同時向電弧焊熔池內部通入保護氣，以減少冶金型氣孔。

4、在本發(fā)明的一個實施例中，步驟s1中，在電弧焊接同時震蕩電弧焊熔池，以促進所述電弧焊熔池內部氣泡排出、加快凝固速率并減小所述第一焊接部內的晶粒尺寸。

5、在本發(fā)明的一個實施例中，步驟s2中采用振動高能束對上一層電弧增材堆積層進行快速重熔，同時對重熔焊接熔池進行周期性攪拌，以排出所述第一焊接部表面殘留氣泡，同時降低所述第二焊接部內晶粒尺寸，在此過程中，第一焊接部與所述第二焊接部之間融合過度。

6、在本發(fā)明的一個實施例中，步驟s2中包括多次重熔焊接，且調控所述重熔焊接熔池參數(shù)促進異質形核和柱狀晶-等軸晶轉變，以使所述第二焊接部形成細小等軸晶。

7、在本發(fā)明的一個實施例中，所述重熔焊接熔池參數(shù)包括溫度梯度以及凝固速率，其中，在所述第二焊接部厚度方向，所述重熔焊接的溫度梯度在100~20℃/mm之間均勻變化，不同次重熔焊接形成的所述第二焊接部的凝固速率在103-105°/s之間均勻變化。

8、在本發(fā)明的一個實施例中，步驟s1中，所述電弧焊接時的送絲速度為3-6m/min，焊接速度為5-10cm/s，所述電弧焊接的功率為1500-3000w，所述電弧焊接為cmt焊接、cmt雙脈沖焊接、mig焊接、mig雙脈沖焊接、tig焊接、tig雙脈沖焊接中的一種或多種。

9、在本發(fā)明的一個實施例中，步驟s2中，所述振動高能束為激光、電子束、離子束中的一種或者多種；所述待加工元件包含cu、zn、sn中的至少一種元素，金屬焊絲為al-si-mg-cu合金、al-si-mg-cu-zn合金、al-si-mg-cu-zn-sn合金、al-mg-si-cu合金、al-mg-si-cu-zn合金、al-mg-si-cu-zn-sn合金中的一種或多種。

10、本發(fā)明還提供一種高能束流輔助重熔電弧增材裝置，其通過上述的高能束流輔助重熔電弧增材的方法進行高能束流輔助重熔電弧增材加工，其包括：高能束發(fā)生器、電弧焊槍以及控制系統(tǒng)，所述高能束發(fā)生器與所述電弧焊槍設置于所述待加工元件上方，其分別通過所述控制系統(tǒng)于所述待加工上方移動。

11、在本發(fā)明的一個實施例中，所述高能束發(fā)生器包括主體、擺動焊接頭、光路檢測系統(tǒng)以及冷卻系統(tǒng)，其中，所述擺動焊接頭設置于所述主體朝向待加工元件的一端，其相對于所述重熔焊接熔池擺動，所述光路檢測系統(tǒng)連接于所述主體，且朝向待加工元件的焊縫處設置，所述冷卻系統(tǒng)設置于所述主體內部，所述擺動焊接頭、所述光路檢測系統(tǒng)以及所述冷卻系統(tǒng)分別連接所述控制系統(tǒng)。

12、本發(fā)明的上述技術方案相比現(xiàn)有技術具有以下優(yōu)點：

13、本發(fā)明所述的高能束流輔助重熔電弧增材的方法及裝置，先通過電弧焊接實現(xiàn)快速高效的焊接加工，之后通過振動高能束對焊縫進行重熔加工，不僅使得焊接后的元件能夠同時兼具傳統(tǒng)電弧焊接以及振動高能焊接的優(yōu)勢，而且能夠使得第一焊接部與第二焊接部之間形成穩(wěn)定雙向結構，由此實現(xiàn)“1+1＞2”的效果。相比于現(xiàn)階段常規(guī)焊接技術來說，本申請兼具高精度、高強度、適用范圍廣、可控性高以及可顯著提升綜合性能等顯著優(yōu)勢。

技術特征：

1.一種高能束流輔助重熔電弧增材的方法，其特征在于：包括如下步驟：

2.根據(jù)權利要求1所述的高能束流輔助重熔電弧增材的方法，其特征在于：步驟s1中采用冷金屬過渡電弧焊接工藝對待加工元件的焊縫處進行增材，在電弧焊接同時向電弧焊熔池內部通入保護氣，以減少冶金型氣孔。

3.根據(jù)權利要求1所述的高能束流輔助重熔電弧增材的方法，其特征在于：步驟s1中，在電弧焊接同時震蕩電弧焊熔池，以促進所述電弧焊熔池內部氣泡排出、加快凝固速率并減小所述第一焊接部內的晶粒尺寸。

4.根據(jù)權利要求1所述的高能束流輔助重熔電弧增材的方法，其特征在于：步驟s2中采用振動高能束對上一層電弧增材堆積層進行快速重熔，同時對重熔焊接熔池進行周期性攪拌，以排出所述第一焊接部表面殘留氣泡，同時降低所述第二焊接部內晶粒尺寸，在此過程中，第一焊接部與所述第二焊接部之間融合過度。

5.根據(jù)權利要求1所述的高能束流輔助重熔電弧增材的方法，其特征在于：步驟s2中包括多次重熔焊接，且調控所述重熔焊接熔池參數(shù)促進異質形核和柱狀晶-等軸晶轉變，以使所述第二焊接部形成細小等軸晶。

6.根據(jù)權利要求1所述的高能束流輔助重熔電弧增材的方法，其特征在于：所述重熔焊接熔池參數(shù)包括溫度梯度以及凝固速率，其中，在所述第二焊接部厚度方向，所述重熔焊接的溫度梯度在100~20℃/mm之間均勻變化，不同次重熔焊接形成的所述第二焊接部的凝固速率在103-105°/s之間均勻變化。

7.根據(jù)權利要求1所述的高能束流輔助重熔電弧增材的方法，其特征在于：步驟s1中，所述電弧焊接時的送絲速度為3-6m/min，焊接速度為5-10cm/s，所述電弧焊接的功率為1500-3000w，所述電弧焊接為cmt焊接、cmt雙脈沖焊接、mig焊接、mig雙脈沖焊接、tig焊接、tig雙脈沖焊接中的一種或多種。

8.根據(jù)權利要求1所述的高能束流輔助重熔電弧增材的方法，其特征在于：步驟s2中，所述振動高能束為激光、電子束、離子束中的一種或者多種；所述待加工元件包含cu、zn、sn中的至少一種元素，金屬焊絲為al-si-mg-cu合金、al-si-mg-cu-zn合金、al-si-mg-cu-zn-sn合金、al-mg-si-cu合金、al-mg-si-cu-zn合金、al-mg-si-cu-zn-sn合金中的一種或多種。

9.一種高能束流輔助重熔電弧增材裝置，其特征在于：通過權利要求1~8中任意一項所述的高能束流輔助重熔電弧增材的方法進行高能束流輔助重熔電弧增材加工，其包括：高能束發(fā)生器、電弧焊槍以及控制系統(tǒng)，所述高能束發(fā)生器與所述電弧焊槍設置于所述待加工元件上方，其分別通過所述控制系統(tǒng)于所述待加工上方移動。

10.根據(jù)權利要求9所述的高能束流輔助重熔電弧增材裝置，其特征在于：所述高能束發(fā)生器包括主體、擺動焊接頭、光路檢測系統(tǒng)以及冷卻系統(tǒng)，其中，所述擺動焊接頭設置于所述主體朝向待加工元件的一端，其相對于所述重熔焊接熔池擺動，所述光路檢測系統(tǒng)連接于所述主體，且朝向待加工元件的焊縫處設置，所述冷卻系統(tǒng)設置于所述主體內部，所述擺動焊接頭、所述光路檢測系統(tǒng)以及所述冷卻系統(tǒng)分別連接所述控制系統(tǒng)。

技術總結
本發(fā)明提供了一種高能束流輔助重熔電弧增材的方法及裝置，其包括如下步驟：S1、對待加工元件進行電弧焊接，待其凝固后得到第一焊接部；S2、采用振動高能束通過金屬焊絲對第一焊接部進行重熔焊接，得到第二焊接部，金屬焊絲與待加工元件中的至少一種元素相同，第二焊接部的晶粒直徑小于第一焊接部的晶粒直徑，以使待加工元件焊縫處形成雙相結構。本發(fā)明不僅使得焊接后的元件能夠同時兼具傳統(tǒng)電弧焊接以及振動高能焊接的優(yōu)勢，而且能夠使得第一焊接部與第二焊接部之間形成穩(wěn)定雙相結構。相比于現(xiàn)階段常規(guī)焊接技術來說，本申請兼具高精度、高強度、適用范圍廣、可控性高以及可顯著提升綜合性能等顯著優(yōu)勢。

技術研發(fā)人員：駱順存,曹猛,胡增榮,王曉南,陳夏明,長海博文
受保護的技術使用者：蘇州大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/9