CN110625219A - 一种不同厚度的厚壁铝合金结构件的电弧增材制造工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种厚壁铝合金结构件的电弧增材制造工艺，包括步骤：将焊接母材基板表面经磨砂处理、丙酮清洗去除表面氧化膜和油污，烘干上述基板和焊丝，通过Robotstudio软件在线编程规划增材制造过程中电弧摆动轨迹，在所述基板左右对称留余量后用夹具固定装夹，设置焊接工艺参数，在保护气体氛围中运行机器人，使其按照上述电弧摆动轨迹运行，得到不同壁厚的铝合金结构件。上述工艺有效避免传统减材制造的资源浪费，简化制造工序，相较无摆动的加工过程更简单、快捷，提高生产效率，节约生产成本。

Description

一种不同厚度的厚壁铝合金结构件的电弧增材制造工艺
技术领域
本发明属于金属加工技术领域，具体涉及一种铝合金电弧增材制造工艺，适用于制造不同尺寸的铝合金厚壁结构件。
背景技术
铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用，为了解决零件轻量化的问题，实现高效率和低成本的生产制造，电弧增材制造作为一种新型的生产方式用于制造铝合金零件也越发重要。
随着航空航天的发展，飞行器的轻量化成为航空航天所追求的目标，铝合金由于较高的强度及较小的密度，成为航空航天行业制造飞行器的首选，因此铝合金电弧增材制造复杂零件越来越重要。在实际生产过程中，面对一些复杂厚壁铝合金结构件经常会遇到制造成本高，生产效率低的问题，同时由于厚壁零件的生产难度较大，普通的单道增材难以达到需要的厚度标准，多层多道焊增材的焊接缺陷较多，力学性能难以达标，因此，急需要一种适合快速生产性能良好的厚壁铝合金结构件的方法。
发明内容
为克服现有技术的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种厚壁铝合金结构件的电弧增材制造工艺，采用CMT电弧模式控制热输入实现成形良好，适用于不同厚度的厚壁铝合金零件快速制造，有效地提高生产效率。
本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
一种厚壁铝合金结构件的电弧增材制造工艺，包括步骤：
(1)将焊接母材基板表面经磨砂处理、丙酮清洗去除表面氧化膜和油污，烘干上述基板和焊丝；其中：
所述焊接母材为6061铝合金，按照重量百分含量计，包括Mg≤0.05％、Fe≤0.8％、Cu≤0.3％、Mn≤0.05％、Si 4.5％～6.0％、Zn≤0.1％、Ti≤0.2％、杂质≤0.05％，余量为Al；所述焊丝为直径为1.2mm的2319铝铜焊丝，按照质量百分含量计，包括：Cu 6.8％、Mn0.4％、Zn 0.25％、Ti 0.15％、Zr 0.18％、V 0.10％、Si≤0.2％、Fe≤0.3％，余量为Al；
所述保护气体为氩气(Ar)，纯度为99.99％；
(2)通过Robotstudio软件在线编程规划增材制造过程中电弧摆动轨迹，在所述基板左右对称留余量，且以面接触式夹具固定间隙，设置焊接工艺参数，将步骤(1)中所述基板装夹，在保护气体氛围中运行机器人，使其按照上述电弧摆动轨迹运行，得到不同壁厚的铝合金结构件；其中，
所述焊接工艺参数包括：送丝速度为5.8～8.0m/min，弧长修正范围为0～～5％，气流量为20～25L/min，沉积电流为130～140A，沉积电压为15～17V，干伸长为8～15mm，焊枪角度为90°；
所述机器人摆动参数包括：摆动形式为之字形波、矩形波或三角形波摆动，摆动类型为腕摆动或快速摆动，摆动长度为2～5mm，摆动宽度为6～20mm，电弧两侧停留长度为0.1～1.2mm，电弧在增材零件中部停留长度为0.1～1.2mm；
所述铝合金结构件的壁厚变化范围为6～20mm。
在某一实施方案中，增材第一道时设置送丝速度为8m/min，通过大的热输入来预热基板，并使熔敷金属更好地铺展，加大基层的熔覆量，然后再调整送丝速度为5.8～7.5m/min，优选送丝速度为5.8～7.2m/min。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1)现有的CMT增材制造技术大部分是基于非摆动增材制造薄壁零件，几乎没有使用CMT模式的电弧摆动增材制造铝合金厚壁结构件，特别是制造不同壁厚的厚壁铝合金结构件。本发明将摆动电弧用到电弧增材制造铝合金结构件，优化电弧摆动波形以及相应摆动波形下最佳的焊接工艺可以制造不同壁厚的厚壁铝合金件。
2)本发明能够在不同电弧摆动轨迹下实现2319铝合金厚壁的零件的制造，在增材的过程中通过改变摆动长度来改变零件尺寸，在改变摆动长度的同时，保持其他参数不变，有效避免传统减材制造的资源浪费，简化制造工艺，相较无摆动的加工过程更简单、快捷，提高生产效率，节约生产成本。
附图说明
图1是电弧摆动的波形示意图；其中，dwell-left和dwell-right为电弧在两侧停留长度；dwell-center为电弧在零件中部停留长度。
图2是三种波形对比示意图；其中，a-之字形摆动，b-三角形摆动，c-矩形摆动。
图3是增材制造过程中电弧摆动轨迹示意图。
图4是经电弧增材制造工艺的厚壁铝合金结构件图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
以下实例中采用焊接电源为伏能士的CMT焊机，应用CMT电弧模式。
选择母材为6061铝合金，其化学成分按照重量百分含量计，包括Mg≤0.05％、Fe≤0.8％、Cu≤0.3％、Mn≤0.05％、Si 4.5％～6.0％、Zn≤0.1％、Ti≤0.2％、杂质≤0.05％，余量为Al，其厚度为25mm。
焊丝为直径为1.2mm的2319铝铜焊丝，直径为1.2mm，其化学成分按照质量百分含量计，包括：Cu 6.8％、Mn 0.4％、Zn 0.25％、Ti 0.15％、Zr 0.18％、V 0.10％、Si≤0.2％、Fe≤0.3％，余量为Al。
保护气体为氩气(Ar)，纯度为99.99％。
不同厚度的厚壁铝合金结构件的电弧增材制造工艺，操作步骤如下：
焊前首先分别用150#、600#和1200#砂纸去除铝合金基板表面的氧化膜和油污，并用丙酮清洗，然后烘干基板与焊丝。用夹具固定基板，夹具选择面接触式夹具，用来确保在焊接过程中基板稳定。选择CMT模式进行焊接，送丝速度5.8～7.2m/min；弧长修正：0～～3％；气流量：20～25L/min；沉积电流：130～140A；沉积电压：15～17V干伸长：10～15mm；焊枪角度：90°。
电弧摆动轨迹如图3所示，摆动形式如图1所示(之字形摆动)；摆动类型：腕摆动或快速摆动；摆动长度2～5mm；摆动宽度：6～20mm；电弧两侧停留长度：0.1～1.2mm；电弧在增材零件中部停留长度：0.1～1.2mm，得到图4所示的厚壁铝合金结构件。
经过该工艺的增材制造，成形零件外观良好，无塌陷，宏观气孔等明显缺陷。对零件的成形进行分析，增材零件表面光滑，成型美观；内部宏观气孔几乎不存在，组织均匀。对零件进行力学性能检测，拉伸强度250MPa，并且不存在各向异性，可应用于一些对零件性能要求较高的场合。
在某一实例中，还可采用如图2所示的矩形波或三角形波摆动形式。
在某一实例中，增材第一道时设置送丝速度为8m/min，通过大的热输入来预热基板，并使熔敷金属更好地铺展，加大基层的熔覆量，然后再调整送丝速度为5.8～7.5m/min，优选送丝速度为5.8～7.2m/min。
以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种厚壁铝合金结构件的电弧增材制造工艺，其特征在于，包括步骤：
(1)将焊接母材基板表面经磨砂处理和丙酮清洗去除表面氧化膜和油污，烘干上述基板和焊丝；和
(2)通过Robotstudio软件在线编程规划增材制造过程中电弧摆动轨迹，在所述基板左右对称留余量后用夹具固定装夹，设置焊接工艺参数，在保护气体氛围中运行机器人，使其按照上述电弧摆动轨迹运行，得到不同壁厚的铝合金结构件；其中：
所述焊接工艺参数包括：送丝速度为5.8～8.0m/min，弧长修正范围为0～～5％，气流量为20～25L/min，沉积电流为130～140A，沉积电压为15～17V，干伸长为8～15mm，焊枪角度为90°；和/或
所述机器人摆动参数包括：摆动形式为之字形波、矩形波或三角形波摆动，摆动类型为腕摆动或快速摆动，摆动长度为2～5mm，摆动宽度为6～20mm，电弧两侧停留长度为0.1～1.2mm，电弧在增材零件中部停留长度为0.1～1.2mm。
2.如权利要求1所述的电弧增材制造工艺，其特征在于，
所述焊接母材为6061铝合金，按照重量百分含量计，包括Mg≤0.05％、Fe≤0.8％、Cu≤0.3％、Mn≤0.05％、Si 4.5％～6.0％、Zn≤0.1％、Ti≤0.2％、杂质≤0.05％，余量为Al；和/或
所述焊丝为直径为1.2mm的2319铝铜焊丝，按照质量百分含量计，包括：Cu 6.8％、Mn0.4％、Zn 0.25％、Ti 0.15％、Zr 0.18％、V 0.10％、Si≤0.2％、Fe≤0.3％，余量为Al。
3.如权利要求1所述的电弧增材制造工艺，其特征在于，所述铝合金结构件的壁厚变化范围为6～20mm。
4.如权利要求1所述的电弧增材制造工艺，其特征在于，步骤(2)中，以面接触式夹具固定间隙并装夹。
5.如权利要求1所述的电弧增材制造工艺，其特征在于，步骤(2)中，所述保护气体为氩气(Ar)，纯度为99.99％。
6.如权利要求1所述的电弧增材制造工艺，其特征在于，步骤(2)中，增材第一道时送丝速度为8m/min，完毕后调整送丝速度为5.8～7.5m/min至运行结束。
7.如权利要求1或6所述的电弧增材制造工艺，其特征在于，步骤(2)中，送丝速度为5.8～7.2m/min。
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