CN109986169A - 一种基于mig/mag热源的双金属电弧增材制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于MIG/MAG热源的双金属电弧增材制造方法，该方法采用双丝MIG/MAG焊机作为热源，双金属焊丝中的焊丝A和焊丝B作为熔覆的填充材料，根据增材制造软件生成的切片路径进行直线交替编织熔覆；具体为：利用增材制造软件对待打印的产品进行分层切片，分层切片后，对于奇数层切片的增材方式为：每段增材焊道沿X轴方向进行熔覆，每段增材焊道中焊丝A和焊丝B交替熔覆；对于偶数层切片的增材方式为：每段增材焊道沿Y轴方向进行堆积熔覆，每段增材焊道中焊丝A和焊丝B交替熔覆。本发明方法为采用两种不同的金属焊丝进行直线交替编织熔覆，从而使得到的产品组织结构具有更高的强度、硬度、止裂能力以及高抗冲击承载性能。

Description

一种基于MIG/MAG热源的双金属电弧增材制造方法
技术领域
本发明涉及一种基于MIG/MAG热源的双金属电弧增材制造方法，属于定向能量沉积系统装备的技术领域。
背景技术
增材制造(Additive Manufacturing，AM)俗称3D打印，融合了计算机辅助设计、材料加工与成型技术、以数字模型文件为基础，通过软件与数控系统将专用的金属材料、非金属材料以及医用生物材料，按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积，制造出实体物品的制造技术。
增材制造技术常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工(AEC)、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。
电弧增材制造技术(Wire Arc Additive Manufacture，WAAM)是一种利用逐层熔覆原理，采用熔化极惰性气体保护焊接(MIG)、钨极惰性气体保护焊接(TIG)以及等离子体焊接电源(PA)等焊机产生的电弧为热源，通过丝材的添加，在软件程序的控制下，根据三维数字模型由线-面-体逐渐成形出金属零件的先进数字化制造技术。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于MIG/MAG热源的双金属电弧增材制造方法，该方法能够打印出的产品组织结构具有更高的强度、硬度、止裂能力以及高抗冲击承载性能，打印出的产品能够适用于如制备装甲车等一些需要结构-功能一体化构建的特殊制品。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：
一种基于MIG/MAG热源的双金属电弧增材制造方法，该方法采用双丝MIG/MAG焊机作为热源，双金属焊丝中的焊丝A和焊丝B作为熔敷的填充材料，根据增材制造软件生成的切片路径进行直线交替编织熔覆。
其中，上述方法具体为：利用增材制造软件对待打印的产品进行分层切片，分层切片后，对于奇数层切片的熔覆方式为：每段增材焊道沿X轴方向进行堆积熔覆，每段增材焊道中焊丝A和焊丝B交替熔覆；对于偶数层切片的熔覆方式为：每段增材焊道沿Y轴方向进行堆积熔覆，每段增材焊道中焊丝A和焊丝B交替熔覆。
其中，上述方法具体为：利用增材制造软件对待打印的产品进行分层切片，分层切片后，对于奇数层切片的熔覆方式为：每段增材焊道沿X轴方向进行堆积熔覆，每段增材焊道中焊丝A和焊丝B交替熔覆，相邻增材焊道中A焊丝和B焊丝的交替方式错开；对于偶数层切片的焊接方式为：每段增材焊道沿Y轴方向进行堆积熔覆，每段增材焊道中焊丝A和焊丝B交替熔覆，相邻增材焊道中焊丝A和焊丝B的交替方式错开。
其中，每段增材焊道的单位长度为L，L＝X％焊丝A+(1-X％)％焊丝B。
本发明方法中，金属丝材的选择根据原产品决定或者预期的组织性能要求，如强度、硬度、止裂能力以及抗冲击性能，即原产品采用什么样的材质制成或者预期的组织性能要求，3D打印过程中选用的金属丝材的材质与原产品的材质成分基本相同或和符合预期的性能要求相同。
相比于现有技术，本发明技术方案具有的有益效果为：
本发明方法为采用两种不同的金属焊丝进行直线交替编织熔覆，将两种金属合金相加合并形成独特的双金属结构，相比于单一种金属的强度或者硬度，双金属产品具备更高的强度；双金属电弧增材制造的方法，从宏观上是连续的，但是微观又是异构的整体式原位制造，颠覆了冶金、轧制制备与调质改性的理念；通过双金属3D打印出的装甲防护产品，双金属交织结构使产品具有高的抗拉强度，延伸率大幅增长，塑性变形能力也大幅提高，从而其组织性能具有更高的强度、硬度、止裂能力以及具备承载高抗冲击等性能，制得的产品(零件)能够适用于如制备装甲车等一些需要结构-功能一体化构建的特殊制品。
附图说明
图1为本发明打印方法中增材制造软件对待打印的工件进行建模，并根据材质本身性能对其进行分层切片；
图2为本发明方法的实施例1中奇数层的打印方式示意图；
图3为本发明方法的实施例1中偶数层的打印方式示意图；
图4为本发明方法的实施例2中奇数层的打印方式示意图；
图5为本发明方法中双丝MIG/MAG焊机的工作原理图；
图6为图5的局部放大图。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
本发明方法采用双丝MIG/MAG焊机作为热源，通过增材制造软件控制驱动，让双丝焊机里面两种不同的丝材金属交替熔覆，从而进行电弧增材的制造过程。
在双丝焊中，每个焊接电源有其独立的控制系统，并配有独立控制的送丝机。两个焊接电源之间有一个协同控制器，可以得到两根焊丝之间完美的熔滴过渡配合时间。每个焊接电源上都有持续可调参数，可根据母材，填充金属和保护气体来调节电源特性，以在堆焊更大截面的焊缝或者使用更大的焊接速度时获得更大的熔敷率。
增材制造软件对待打印的工件进行建模，根据该工件的材料性能，确定每层增材层高，用电弧增材制造切片软件在Z方向上对零件数模按照确定层高进行分层切片，得到零件模型的二维轮廓图，使用偏置算法或平行线扫描算法生成每个平面(每层)上对应每个点的增材路径。
实施例1
如图1～3所示，本发明采用双金属进行电弧增材制造的方法，该方法采用双丝MIG/MAG焊机作为热源，双金属焊丝中的焊丝A和焊丝B作为熔敷的填充材料，根据增材制造软件生成的切片路径进行直线交替编织熔覆；具体为：利用增材制造软件对待打印的产品进行分层切片，分层切片后，对于奇数层切片的熔覆方式为：每段增材焊道沿X轴方向进行熔覆，每段增材焊道中焊丝A和焊丝B交替熔覆，相邻增材焊道中A焊丝和B焊丝的交替方式错开；对于偶数层切片的焊接方式为：每段增材焊道沿Y轴方向进行熔覆，每段增材焊道中焊丝A和焊丝B交替熔覆，相邻增材焊道中焊丝A和焊丝B的交替方式错开。
实施例2
如图4所示，本发明采用双金属进行电弧增材制造的方法，该方法采用双丝MIG/MAG焊机作为热源，双金属熔丝中的焊丝A和焊丝B作为熔敷的填充材料，根据增材制造软件生成的切片路径进行直线交替编织熔覆；具体为：利用增材制造软件对待打印的产品进行分层切片，分层切片后，对于奇数层切片的熔覆方式为：每段增材焊道沿X轴方向进行熔覆，每段增材焊道中焊丝A和焊丝B交替熔覆；对于偶数层切片的熔覆方式为：每段增材焊道沿Y轴方向进行熔覆，每段增材焊道中焊丝A和焊丝B交替熔覆。
本发明利用双金属丝焊作为电弧增材制造的热源，两套独立的电源和送丝机分别控制两种不同种类金属的丝材(焊丝A和焊丝B)，区别电弧双丝焊接的是双金属电弧增材制造的焊丝A和焊丝B并不是同时熔覆，而是根据增材制造软件生成的切片路径进行直线交替编织熔覆。双金属增材在单位面积或者单位长度上，两种金属的占比是可以调整。
采用本发明实施例2的方式进行双金属电弧增材制造，选择的双金属材料的两种丝材为不锈钢316L焊丝(焊丝A)和镍基焊丝ER NiCrMo-3焊丝(焊丝B)；焊丝A的焊接电流为160A，沉积速度为10mm/S，焊丝B的焊接电流为170A，沉积速度为10mm/S，两种金属焊丝的沉积时间也可以调整，期间可根据实际情况调节电流大小；层与层之间设置等待时间，每层的层间等待时间为40S，可调整。打印体积为110mm*85mm*57mm，打印时间为70min，打印完毕后自然冷却至室温即可。

Claims (4)

1.一种基于MIG/MAG热源的双金属电弧增材制造方法，其特征在于：该方法采用双丝MIG/MAG焊机作为热源，双金属焊丝中的焊丝A和焊丝B作为熔敷的填充材料，根据增材制造软件生成的切片路径进行直线交替编织熔覆。
2.根据权利要求1所述的基于MIG/MAG热源的双金属电弧增材制造方法，其特征在于，具体为：利用增材制造软件对待打印的产品进行分层切片，分层切片后，对于奇数层切片的熔覆方式为：每段增材焊道沿X轴方向进行堆积熔覆，每段增材焊道中焊丝A和焊丝B交替熔覆；对于偶数层切片的熔覆方式为：每段增材焊道沿Y轴方向进行堆积熔覆，每段增材焊道中焊丝A和焊丝B交替熔覆。
3.根据权利要求1所述的基于MIG/MAG热源的双金属电弧增材制造方法，其特征在于，具体为：利用增材制造软件对待打印的产品进行分层切片，分层切片后，对于奇数层切片的熔覆方式为：每段增材焊道沿X轴方向进行堆积熔覆，每段增材焊道中焊丝A和焊丝B交替熔覆，相邻增材焊道中A焊丝和B焊丝的交替方式错开；对于偶数层切片的焊接方式为：每段增材焊道沿Y轴方向进行堆积熔覆，每段增材焊道中焊丝A和焊丝B交替熔覆，相邻增材焊道中焊丝A和焊丝B的交替方式错开。
4.根据权利要求2或3所述的基于MIG/MAG热源的双金属电弧增材制造方法，其特征在于：每段增材焊道的单位长度为L，L＝X％焊丝A+(1-X％)％焊丝B。
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