CN108465910A - 一种提高丝材电弧增材制造铝铜合金强度的方法 - Google Patents

一种提高丝材电弧增材制造铝铜合金强度的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108465910A
CN108465910A CN201810130361.6A CN201810130361A CN108465910A CN 108465910 A CN108465910 A CN 108465910A CN 201810130361 A CN201810130361 A CN 201810130361A CN 108465910 A CN108465910 A CN 108465910A
Authority
CN
China
Prior art keywords
aluminium copper
electric arc
material manufacturing
silk material
hammering
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810130361.6A
Other languages
English (en)
Inventor
方学伟
张丽娟
卢秉恒
李超龙
李惠
姚云飞
王缪乾
赵纪元
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Jiaotong University
National Institute Corp of Additive Manufacturing Xian
Original Assignee
Xian Jiaotong University
National Institute Corp of Additive Manufacturing Xian
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Jiaotong University, National Institute Corp of Additive Manufacturing Xian filed Critical Xian Jiaotong University
Priority to CN201810130361.6A priority Critical patent/CN108465910A/zh
Publication of CN108465910A publication Critical patent/CN108465910A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/04—Welding for other purposes than joining, e.g. built-up welding
    • B23K9/044—Built-up welding on three-dimensional surfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/235—Preliminary treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/32—Accessories
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Arc Welding In General (AREA)

Abstract

本发明公开一种提高丝材电弧增材制造铝铜合金强度的方法，包括：1)、基板清洗；2)、将铝铜合金结构件立体模型导入切片软件进行切片和焊枪路径规划，生成控制系统能够执行的执行文件，将执行文件导入控制系统；3)、设定工艺参数：包括焊接速度、送丝速度、气流量；控制系统按照焊机按照设定的工艺参数和路径，逐层丝材电弧制造铝铜合金结构件；4)、成型一层铝铜合金结构件后，调整锤头中心与焊道中心至重合，按照成型路径行走锤击；5)、重复步骤3)和4)完成整个丝材电弧增材制造铝铝铜合金结构件及锤击强化。本发明经过锤击后构件中的气孔发生了愈合，气孔率大大减少，同时形变强化提高了构件整体的力学性能，力学性能均匀。

Description

一种提高丝材电弧增材制造铝铜合金强度的方法
技术领域
本发明属于增材制造技术领域，特别是涉及一种提高丝材电弧增材制造铝铜合金强度的方法。
背景技术
增材制造技术(Additive manufacturing,AM)是一种以计算机三维CAD模型，通过离散-堆积方法将三维模型转变为二维平面，通过层-层堆积方法将构件成形的方法。AM技术不需要传统的刀具和夹具以及多道加工工序，在一台设备上可快速精密地制造出任意复杂形状的零件，从而实现了零件“自由制造”，解决了许多复杂结构零件的成形，并大大减少了加工工序，缩短了加工周期。而且产品结构越复杂，其制造速度的作用就越显著。
铝合金具有较高的比强度、比模量和良好的断裂韧性、抗疲劳、耐腐蚀的性能，是各种工业领域应用广泛的重要材料。传统减材加工制备的结构件，其材料的有效使用率较低，特别是在航空航天大型结构件制造中，材料的利用率在10％以下，甚至在制备复杂曲面零件时，有效使用率在1％以下。造成在制备大型金属构件时，传统减材加工的成本更加昂贵、制造成本更高且周期长。
激光和电子束增材制造技术并不适用铝合金构件的成形。这主要是由于铝合金对激光的发射率达到了80％以上；而电子束增材制造的成形过程中对真空度有严格的要求，这就使电子束打印铝合金成本较高。基于以上原因，铝合金激光和电子束增材制造具有较高的技术难度。电弧增材制造技术是目前铝合金增材制造常用的方法之一，因其成本低、沉积速率高和材料利用率高而受到了广泛关注，尤其是在中低等复杂的大型构件的增材制造领域。
Al-Cu合金在航空航天领域具有广泛的应用。通过丝材电弧增材制造铝铜合金结构件，由于成形过程是层层堆积成形，得到的构件中存在气孔，有文献表明祛除基板表面的氧化膜和焊丝表面的油污可以减小气孔量，但构件中仍难以避免的存在气孔。除此之外，直接通过丝材电弧增材制造制备的铝铜合金中构件的金相结果呈柱状，横向和纵向的力学性能存在差异。因此，需要辅助其他手段进行后续强化，并减少铝铜合金增材制造过程中的气孔，消除由于晶粒的取向生长，减小成型件横纵向力学性能的差异；进而提高铝铜合金的综合性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高丝材电弧增材制造铝铜合金强度的方法，以解决上述丝材电弧增材制造制备铝铜合金构件存在气孔和晶粒粗大的问题，提高铝铜合金的综合力学性能。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种提高丝材电弧增材制造铝铜合金强度的方法，包括以下步骤：
1)、基板清洗；
2)、将铝铜合金结构件立体模型导入切片软件进行切片和焊枪路径规划，生成控制系统能够执行的执行文件，将执行文件导入控制系统；
3)、设定工艺参数：包括焊接速度、送丝速度、气流量；控制系统按照焊机按照设定的工艺参数和路径，逐层丝材电弧制造铝铜合金结构件；
4)、成型一层铝铜合金结构件后，调整锤头中心与焊道中心至重合，按照成型路径行走锤击；
5)、重复步骤3)和4)完成整个丝材电弧增材制造铝铝铜合金结构件及锤击强化。
进一步的，丝材电弧增材制造所使用铝铜合金中铜含量范围为4.5％-7％。
进一步的，步骤1)先用酸性溶液去除基板表面氧化层，再用酒精和丙酮清洗基板表面，去除杂质油渍，风干后固定于工作台上。
进一步的，步骤2)中切片厚度为1.0-3mm。
进一步的，步骤3)中以铝铜系焊丝为原材料，焊丝直径大小在0.8—1.6mm；焊枪按照既定规划路径进行逐层立体成型过程，送丝速度为3-18m/min，焊接速度为0.3-0.9m/min，焊枪端部同时有惰性保护气体送出，气流量15-30L/min。
进一步的，步骤4)中锤击使用的锤击装置为气锤、电磁锤、液压锤或其它能使得铝铜合金产生变形的锤击装置。
进一步的，步骤4)中，待成型焊道降至能够锤击的温度后，将锤头中心与焊道中心调整至重合，按照既定路径进行逐层锤击；变形量控制在10％-65％之间。
进一步的，步骤4)采用气锤进行锤击，锤头的形状适应焊道的形状；气锤的气流量范围在240-370L/min，锤击力度10000-50000N，锤击的频率为38-55Hz。
进一步的，前三层不进行锤击。
本发明采用连续采用气锤提供连续的冲击力，在焊道冷却至室温前，对成型的焊道进行锤击变形。通过调整气锤的锤击频率和锤击力度，进而控制焊道的变形量，达到不同要求的形变强化效果。
进一步的，成型完成后，进行后续热处理和减材加工。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1、经锤击变形后，残留在焊道内的气孔尺寸减小，甚至因为锤击力的作用愈合形成冶金结合，改善材料的连续性延长服役时间，同时减少了构件受力时的裂纹扩展源。
2、锤头距离焊道表面的距离为固定值，逐层锤击强化之后，可以保证成型过程中的凸起、熔塌现象得到明显的改善，锤击之后的样品表面平整，力学性能均匀；
3、经过锤击变形后，尤其是焊道尚未冷却时进行锤击，可以打碎焊道中的柱状晶，形成细小的等轴晶，使得每道焊道均达到强化效果，提高力学性能，同时削弱各项异性。
附图说明
图1为锤击前后气孔变化对比图；其中图1(a)为锤击前示意图；图1(b)为锤击后示意图；
图2为锤击前后金相组织变化对比图；其中图2(a)为锤击前示意图；图2(b)为锤击后示意图；
图3为锤击前后力学性能对比图。
具体实施方式
实施例1
以铝铜合金2319焊丝原料为原料，利用成型形同逐层打印，利用锤击系统进行逐层锤击：
1、选取和焊丝成分相近的2219铝合金作为基板，基板厚度为30mm，利用碱10％NaOH溶液浸泡铝合金基板10min，并在清水中清洗，去除表面残留的溶液。在空气中风干后，再次利用酒精或者丙酮进行清洗，去除表面的残留物。将铝合金基板固定至工作台上，保证散热均匀一致且有良好的散热条件。
2、将三维CAD模型导入切片软件进行切片，切片厚度为1mm，并生成运动轨迹；
3、设定焊机上送丝速度为6m/min，焊接速度为0.5m/min，保护气流量为15L/min，选取焊机模式为交流脉冲模式；执行程序，开始制备构件；
4、前三层选取的焊接速度为0.3m/min，送丝速度为8m/min进行打底预热，保证构件与基板连接良好；在第四道沉积完成后，开始锤击设置气流量260L/min，锤击力度30000N，按照成型路径仅锤击一次；
5、第四道焊道锤击完成后，电弧热源抬升3mm，按照成型轨迹继续堆积下一层。重复以上步骤，直至构件完成。
6、成型完成后，进行后续加工。
请参阅图1至图3所示，经过本实施例锤击的铝铜合金结构件，由于合金发生了塑性变形，残留在焊道中的气孔发生变形甚至愈合，减少合金中的气孔，减少构件在使用过程中的裂纹；锤击后焊道表面平整，力学性能均匀。经过锤击变形后，打碎焊道中的柱状晶，形成细小的等轴晶，显著的细化了晶粒，使得每道焊道均达到强化效果，提高力学性能，同时削弱各项异性。经过本实施例锤击的丝材电弧增材制造铝铜合金结构件抗拉强度有275MPa提升至289MPa。

Claims (9)

1.一种提高丝材电弧增材制造铝铜合金强度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)、基板清洗；
2)、将铝铜合金结构件立体模型导入切片软件进行切片和焊枪路径规划，生成控制系统能够执行的执行文件，将执行文件导入控制系统；
3)、设定工艺参数：包括焊接速度、送丝速度、气流量；控制系统控制焊机按照设定的工艺参数和路径，逐层丝材电弧制造铝铜合金结构件；
4)、成型一层铝铜合金结构件后，调整锤头中心与焊道中心至重合，按照成型路径行走锤击；
5)、重复步骤3)和4)完成整个丝材电弧增材制造铝铝铜合金结构件及锤击强化。
2.根据权利要求1所述的一种提高丝材电弧增材制造铝铜合金强度的方法，其特征在于，丝材电弧增材制造所使用铝铜合金中铜含量范围为4.5％-7％。
3.根据权利要求1所述的一种提高丝材电弧增材制造铝铜合金强度的方法，其特征在于，步骤1)先用酸性溶液去除基板表面氧化层，再用酒精和丙酮清洗基板表面，去除杂质油渍，风干后固定于工作台上。
4.根据权利要求1所述的一种提高丝材电弧增材制造铝铜合金强度的方法，其特征在于，步骤2)中切片厚度为1.0-3mm。
5.根据权利要求1所述的一种提高丝材电弧增材制造铝铜合金强度的方法，其特征在于，步骤3)中以铝铜系焊丝为原材料，焊丝直径大小在0.8—1.6mm；焊枪按照既定规划路径进行逐层立体成型过程，送丝速度为3-18m/min，焊接速度为0.3-0.9m/min，焊枪端部同时有惰性保护气体送出，气流量15-30L/min。
6.根据权利要求1所述的一种提高丝材电弧增材制造铝铜合金强度的方法，其特征在于，步骤4)中锤击使用的锤击装置为气锤、电磁锤、液压锤或其它能使得铝铜合金产生变形的锤击装置。
7.根据权利要求1所述的一种提高丝材电弧增材制造铝铜合金强度的方法，其特征在于，步骤4)中，待成型焊道降至能够锤击的温度后，将锤头中心与焊道中心调整至重合，按照既定路径进行逐层锤击；变形量控制在10％-65％之间。
8.根据权利要求1所述的一种提高丝材电弧增材制造铝铜合金强度的方法，其特征在于，步骤4)采用气锤进行锤击，锤头的形状适应焊道的形状；气锤的气流量范围在240-370L/min，锤击力度10000-50000N，锤击的频率为38-55Hz。
9.根据权利要求1所述的一种提高丝材电弧增材制造铝铜合金强度的方法，其特征在于，前三层不进行锤击。
CN201810130361.6A 2018-02-08 2018-02-08 一种提高丝材电弧增材制造铝铜合金强度的方法 Pending CN108465910A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810130361.6A CN108465910A (zh) 2018-02-08 2018-02-08 一种提高丝材电弧增材制造铝铜合金强度的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810130361.6A CN108465910A (zh) 2018-02-08 2018-02-08 一种提高丝材电弧增材制造铝铜合金强度的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108465910A true CN108465910A (zh) 2018-08-31

Family

ID=63266368

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810130361.6A Pending CN108465910A (zh) 2018-02-08 2018-02-08 一种提高丝材电弧增材制造铝铜合金强度的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108465910A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111558756A (zh) * 2020-04-16 2020-08-21 西安理工大学 基于增材制造技术制备铜及铜合金构件的方法
CN112719291A (zh) * 2020-12-18 2021-04-30 南京中科煜宸激光技术有限公司 半圆弧可旋式锤压的增材制造打印方法
CN114905053A (zh) * 2022-05-13 2022-08-16 西安交通大学 一种电弧熔丝增材制造同步加热锤击的装备及控制方法
CN115533113A (zh) * 2022-09-19 2022-12-30 陕西斯瑞铜合金创新中心有限公司 一种具有纳米级铬相高导铜铬锆零件的快速制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104755197A (zh) * 2012-11-01 2015-07-01 通用电气公司 增材制造方法和设备
CN106735200A (zh) * 2016-11-30 2017-05-31 沈阳航空航天大学 一种激光增材制造用辅助超声振动锤击装置及使用方法
CN106903394A (zh) * 2017-03-07 2017-06-30 常州长东增材制造有限公司 一种铝镁合金结构件增材制造方法
CN107297504A (zh) * 2017-08-09 2017-10-27 西安增材制造国家研究院有限公司 一种金属增材制造过程中工件的锤击强化装置及其使用方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104755197A (zh) * 2012-11-01 2015-07-01 通用电气公司 增材制造方法和设备
CN106735200A (zh) * 2016-11-30 2017-05-31 沈阳航空航天大学 一种激光增材制造用辅助超声振动锤击装置及使用方法
CN106903394A (zh) * 2017-03-07 2017-06-30 常州长东增材制造有限公司 一种铝镁合金结构件增材制造方法
CN107297504A (zh) * 2017-08-09 2017-10-27 西安增材制造国家研究院有限公司 一种金属增材制造过程中工件的锤击强化装置及其使用方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
孙红叶，从保强: "Al-6.3Cu铝合金电弧填丝增材制造成形与组织性能", 《航空制造技术》 *
王西彬: "《精密制造工学基础》", 31 January 2018, 北京理工大学出版社 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111558756A (zh) * 2020-04-16 2020-08-21 西安理工大学 基于增材制造技术制备铜及铜合金构件的方法
CN111558756B (zh) * 2020-04-16 2022-02-18 西安理工大学 基于增材制造技术制备铜及铜合金构件的方法
CN112719291A (zh) * 2020-12-18 2021-04-30 南京中科煜宸激光技术有限公司 半圆弧可旋式锤压的增材制造打印方法
CN114905053A (zh) * 2022-05-13 2022-08-16 西安交通大学 一种电弧熔丝增材制造同步加热锤击的装备及控制方法
CN115533113A (zh) * 2022-09-19 2022-12-30 陕西斯瑞铜合金创新中心有限公司 一种具有纳米级铬相高导铜铬锆零件的快速制备方法
CN115533113B (zh) * 2022-09-19 2024-06-11 陕西斯瑞铜合金创新中心有限公司 一种具有纳米级铬相高导铜铬锆零件的快速制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108465910A (zh) 一种提高丝材电弧增材制造铝铜合金强度的方法
CA3065982C (en) Method for controlling deformation and precision of parts in parallel during additive manufacturing process
US11833615B2 (en) Method for preparing multiple-material variable-rigidity component by efficient collaborative additive manufacturing
US9784111B2 (en) Additive manufacturing method for fabricating a component
CN108340047A (zh) 一种锤击强化电弧增材制造铝镁合金结构件的方法
KR102292675B1 (ko) 알루미늄 또는 알루미늄 합금 코팅을 갖는 강재 용접 부품 및 그 준비 방법
CN1319665C (zh) 镍基超耐热合金的准等温锻造方法
Taminger et al. Electron beam freeform fabrication: a rapid metal deposition process
CN106392270B (zh) 用电弧增材制造铝合金多层单道闭合结构件的方法
CN112692304B (zh) 一种基于脉冲激光控制熔池流动的激光复合增材制造方法
US9713861B2 (en) Manufacturing system and method for fabricating a component
CN109514067B (zh) 基于电子束熔丝增材的高强度ta18钛合金构件制备方法
CN103237611A (zh) L形产品的制造方法
CN105127755A (zh) 一种工件的成型与强化的复合加工装置及方法
CN109277675B (zh) 基于等离子熔丝增材的高强度ta18钛合金构件制备方法
CN107671285A (zh) 一种基于表面清理和电弧增材的复合制造方法及装置
CN114346368B (zh) 一种含硅镁合金电弧增材制造方法
CN108339984A (zh) 基于丝材3d打印的铸锻件表面生长复杂结构的方法
CN110421230A (zh) 一种超高强度双相钢cmt电弧增材制造工艺
CN105855820A (zh) 一种框架模具快速制造方法
CN113649773A (zh) 一种大尺寸面板铝靶的制备方法
CN114505559A (zh) 一种薄壁5087铝合金构件的冷金属过渡电弧增材制造方法
CN114101712B (zh) 一体式电弧3d打印增减材制造系统与增减材加工方法
KR20120037472A (ko) 박강판 블랭크 성형 및 경화 방법
CN107234239B (zh) 机器人姿态控制的电弧沉积激光锻打增材制造方法和装备

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20180831

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication