CN110666296A - 一种高熵合金堆焊用送丝机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高熵合金堆焊用送丝机构，多股线材经丝径控制装置控制直径后，与纺丝装置连接并经纺丝装置绞合成绞合丝，绞合丝与所述矫直装置连接，经矫直装置矫直的绞合丝与焊枪连接进行堆焊，其中，线材数量大于等于4，基板设置在焊枪下方用于承托工件，所述高频感应原位加热装置套设在所述纺丝装置外用于加热绞合过程中的线材。本发明提供了一种高熵合金堆焊用送丝结构，属于直接采用多种线材堆焊成型零件工艺，利用电弧增材制造技术来制备高熵合金，与所制备出来的高熵合金直接成型为零件，化学成分均匀，致密度高，成型速率可达5‑10kg/h，而且由于成型环境开放，零件的尺寸无限制，可快速制备大型零件。

Description

一种高熵合金堆焊用送丝机构

技术领域

本发明涉及合金制备技术领域，具体而言，涉及一种高熵合金堆焊用送丝机构。

背景技术

高熵合金于2004年首次报道。与传统的合金设计概念不同的是，高熵合金不只是基于一个或两个元素，而是包含至少5个主元素，以相等或接近相等的原子百分比表示，而且溶质与溶剂之间无明显差异。根据现有的物理冶金和相图，这类多元合金可能会产生许多相和金属间化合物，从而导致复杂而脆弱的显微组织产生，很难分析和应用，实用价值有限。但实验结果却超出预期，这些合金中较高的混合熵促进了具有简单结构的随机固溶体相的形成，如面心立方(FCC)、体心立方(BCC)或密排六方(HCP)结构，从而减少了相的数量。区别于传统合金“稀固溶体”，高熵合金是典型的“浓固溶体”，其特殊的无序固溶体相结构导致其具有晶格畸变大、构型熵高的特征、迟滞扩散效应和“鸡尾酒”效应等四大效应，具有诸如高强硬度、独特的耐磨性、优异的高温稳定性和耐蚀性，在一些特殊条件下甚至可能突破目前已有材料的极限。

目前人们对高熵合金的研究还处于初始阶段，高熵合金的制备合成方法大都停留在实验室阶段，大规模成型制备构件方面尚未有突破性进展。传统的电弧熔炼是制备块状高熵合金的主要方法，而选区激光熔化技术在制备形状复杂的部件方面更有优势。但于其固有的组成复杂性和组成元素之间熔点的巨大差异，高熵合金的制备具有挑战性。在熔体凝固和冷却过程中发生了显著的元素偏析，因此，与常规合金相比，铸态试样可能存在明显的铸造缺陷，如裂纹、气孔、残余应力以及成分梯度和异常晶粒大小分布。传统的电弧熔炼是制备块状高熵合金的主要方法，而选区激光熔化技术在制备形状复杂的部件方面更有优势，但前者容易产生气孔、缩松、微裂和组织不均匀等冶金缺陷，后者成型件的尺寸受设备限制，不能成形高激光反射率的材料，且设备昂贵。

专利号为CN107829007A的专利文件公开了一种高熵合金和粉末冶金法制备高熵合金的方法。第一步：高熵合金粉末的制备按设计的合金成分配比进行合金粉末配料，其中氮元素以氮化铬铁的形式掺入，将上述权利要求1的高熵合金粉末配好，混合均匀后放入球磨机进行球磨，球磨工艺参数为：球料比为10～15:1，球磨转速为230～280rpm，球磨时间为40～50h；球磨后高熵合金粉末的颗粒形貌为粒度均匀的球形或近似球形，粒度范围为20～30μm；第二步：高熵合金块体的制备：将球磨后高熵合金粉末放置于一个高强石墨模具中进行真空热等静压烧结，烧结工艺参数为：加热速率为5～10℃/min，烧结温度为850～950℃，保温时间为0.5～1h，恒定压力为30～60MPa，最后随炉冷却。

专利号为CN108642362A的专利文件公开了一种高熵合金的制备方法，包括以下步骤：(1)按照Cr元素的原子百分含量为18.5％-19.5％，Fe元素的原子百分含量为18.5％-19.5％，Co元素的原子百分含量为24.5％-25.5％，Ta元素的原子百分含量为8％-12％，称取Ta块、Co块、Cr块、Ni块和Fe块；(2)将步骤(1)称取的各原料置于电弧熔炼炉中进行熔炼，熔炼完成，即得到所述高熵合金。

上述的两个专利文件所公开的高熵合金制备方法，分别为高温熔炼和电弧熔炼，虽对制备方法进行一定的优化，但仍然具有上述的问题，因此，需要提供一种高熵合金的制备方法，一方面解决电弧熔炼法容易产生气孔、缩松、微裂和组织不均匀等冶金缺陷的问题，另一方面解决型件的尺寸受设备限制，不能成形高激光反射率的材料，且设备昂贵的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高熵合金堆焊用送丝机构，以解决电弧熔炼法容易产生气孔、缩松、微裂和组织不均匀等冶金缺陷的问题。

本发明的目的还在于提供一种高熵合金堆焊用送丝机构，以解决型件的尺寸受设备限制，不能成形高激光反射率的材料，且设备昂贵的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高熵合金堆焊用送丝机构，包括多股线材、丝径控制装置、纺丝装置、高频感应原位加热装置、矫直装置、焊枪和基板，多股线材经丝径控制装置控制直径后，与纺丝装置连接并经纺丝装置绞合成绞合丝，绞合丝与所述矫直装置连接，经矫直装置矫直的绞合丝与焊枪连接进行堆焊，其中，线材数量大于等于4，基板设置在焊枪下方用于承托工件，所述高频感应原位加热装置套设在所述纺丝装置外用于加热绞合过程中的线材。

优选地，所述丝径控制装置，包括安装座、设置在所述安装座上的多组变径组，所述变径组分别对应额定直径，所述变径包括上下相对设置的两个变径轮以及分别控制所述变径轮做相近或相离运动的电动缸。

优选地，所述纺丝装置包括底板、圆周均匀分布在所述底板上的多个接线单元、设置在所述底板圆心上的驱动电机，以及纺丝头，所述纺丝头包括与驱动电机的输出轴连接的连接部，所述连接部上设置有多个圆周放射状的纺丝棒，所述纺丝棒的数量与所述接线单元的数量一致。

优选地，所述接线单元包括两块相对竖直设置在所述底板上的安装片、安装在所述两块安装片上的两个接线轮，所述接线轮的转轴分别与两块所述安装片连接，两个所述接线轮相邻设置，所述线材从两个所述接线轮之间穿过。

优选地，所述矫直装置包括安装板，多对接线组和相邻设置的多对矫直组，所述安装板上靠近所述纺丝装置的一侧设置有多个安装孔，所述接线组包括相对设置两个接线组轮，所述接线组轮还设置有同轴的接线齿轮，相邻的两个接线组轮上的接线齿轮互相啮合，所述接线组轮通过安装孔安装在所述安装板上，所述安装板的另一侧设置有接线电机，所述接线电机的输出轴穿过所述安装板与任一接线齿轮连接；所述矫直组包括两个相对设置的矫直轮，所述矫直轮与相邻的一对矫直组上的一个矫直轮相切。

优选地，所述安装板上远离所述纺丝装置的一侧设置有矩形凹槽，所述矩形凹槽上由上而下一次设置有导向板和推动块，所述导向板上设置有与所述矫直轮相对应的滑槽。所述矫直轮通过滑块与所述滑槽连接，所述推动块包括两块，分别对应所述矫直组的两个矫直轮，所述滑块与所述推动块连接，所述安装板上设置有与所述推动块一一对应的推动器，所述推动器推动所述推动块带动同一侧的多组所述矫直组中的矫直轮移动，使得相同矫直组中的两个矫直轮靠近或远离。

优选地，所述推动块为电缸或气缸。

优选地，所述矫直组包括两组。

优选地，所述接线组包括两组。

本发明所取得的有益效果是：本发明提供了一种高熵合金堆焊用送丝结构，利用多股线材通过纺丝装置绞合成绞合丝，并通过矫直装置矫直输送至焊枪进行堆焊操作形成高熵合金，属于直接采用多种线材堆焊成型零件工艺，利用电弧增材制造技术来制备高熵合金，与现有的电弧熔炼和高温熔炼相比，所制备出来的高熵合金直接成型为零件，化学成分均匀，致密度高，成型速率可达5-10kg/h，而且由于成型环境开放，零件的尺寸无限制，可快速制备大型零件。

附图说明

从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。

图1是本发明实施例一中一种高熵合金堆焊用送丝机构的结构示意图，图中省略丝径控制装置、焊枪和基板；

图2是图1中A-A处的剖面图；

图3是本发明实施例中一种高熵合金合金堆焊用送丝机构的丝径控制装置的结构示意图；

图4是本发明实施例中一种高熵合金堆焊用送丝机构的工作流程示意图。

附图标记说明：1-线材、2-丝径控制装置、3-高频感应原位加热装置、4-纺丝装置、5-绞合丝、6-矫直装置、7-焊枪、8-基板、21-底板、22-驱动电机、23-纺丝头、24-连接部、25-纺丝棒、26-安装片、27-接线轮、31-安装板32-接线组轮、33-接线齿轮、34-接线电机、35-矫直轮、36-矩形凹槽、37-导向板、38-推动块、39-滑槽、40-滑块、41-推动器、51-安装座、52-变径轮、53-电动缸。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。

为了使得本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本发明进行进一步详细说明；应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。对于本领域技术人员而言，在查阅以下详细描述之后，本实施例的其它系统、方法和/或特征将变得显而易见。旨在所有此类附加的系统、方法、特征和优点都包括在本说明书内、包括在本发明的范围内，并且受所附权利要求书的保护。在以下详细描述描述了所公开的实施例的另外的特征，并且这些特征根据以下将详细描述将是显而易见的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例一：该实施例公开了一种高熵合金堆焊用送丝机构，包括多股线材1、丝径控制装置2、纺丝装置4、高频感应原位加热装置3、矫直装置6、焊枪7和基板8，多股线材1经丝径控制装置2控制直径后，与纺丝装置4连接并经纺丝装置4绞合成绞合丝5，绞合丝5与所述矫直装置6连接，经矫直装置6矫直的绞合丝5与焊枪7连接进行堆焊，其中，线材数量大于等于4，基板8设置在焊枪7下方用于承托工件，所述高频感应原位加热装置3套设在所述纺丝装置4外用于加热绞合过程中的线材1。

具体地，为了实现线材直径可控，所述丝径控制装置2，包括安装座51、设置在所述安装座51上的多组变径组，所述变径组分别对应额定直径，所述变径包括上下相对设置的两个变径轮52以及分别控制所述变径轮52做相近或相离运动的电动缸53。在使用过程中，当需要将线材1从现有的直径修改为额定的直径，则将相应直径的一组变径组上的电动缸53推动变径轮52做相近运动使得上下两个变径轮52夹紧其中的线材1，当线材1从两个变径轮52之间通过时，会被两个变径轮52挤压变成具有额定直径的线材1。

具体地，所述纺丝装置4包括底板21、圆周均匀分布在所述底板21上的多个接线单元、设置在所述底板21圆心上的驱动电机22，以及纺丝头23，所述纺丝头23包括与驱动电机22的输出轴连接的连接部24，所述连接部23上设置有多个圆周放射状的纺丝棒25，所述纺丝棒25的数量与所述接线单元的数量一致。具体地，所述接线单元包括两块相对竖直设置在所述底板21上的安装片26、安装在所述两块安装片26上的两个接线轮27，所述接线轮27的转轴分别与两块所述安装片26连接，两个所述接线轮27相邻设置，所述线材1从两个所述接线轮27之间穿过，所述高频感应原位加热装置3包裹在在所述底板21至绞合丝5形成的位置之间的部分，使得线材1在被纺丝装置4绞合的过程中被加热，以消除因线材1绞合所产生的加工硬化效应。

在使用过程中，多根线材1分别对应一个丝径控制装置2以及一个接线单元，线材1经经丝径控制装置2控制直径后，从接线单元中的两个接线轮27之间通过，并从所述纺丝头23上的相邻两根纺丝棒25之间通过，每根线材1分别对应相邻的两根纺丝棒25，驱动电机22启动后，带动纺丝头23转动，进而带动纺丝棒25以驱动电机22的输出轴做圆周运动，进而带动位于纺丝棒25之间的线材1旋转，在持续旋转的过程中，线材1形成绞合丝6进入矫直装置6，且在线材绞合的过程中受到高频感应原位加热装置3的加热作用，消除加工硬化效应，绞合形成的绞合丝6并经矫直装置6矫直后输送至焊枪7，绞合丝6在焊接热源的作用下融化，在基板上形成工件。

关于焊枪7以及基板8的具体结构，在本实施例中，焊枪7以及基板8，实际上是直接挪用现有的焊接系统，采用电弧增材制造技术来制备高熵合金。关于电弧增材制造技术，具体可以参照专利号为2019100215400、2016214879339等专利文件，而电弧增材制造技术，则可以参照如专利号为201810521871.6的专利文件，其公开了一种电弧增材制造方法。

该高熵合金堆焊用送丝机构，利用多股线材1通过纺丝装置4绞合成绞合丝6，并通过矫直装置6矫直后输送至焊枪7进行堆焊操作形成高熵合金，属于直接采用多种线材堆焊成型零件工艺，利用电弧增材制造技术来制备高熵合金，与现有的电弧熔炼和高温熔炼相比，所制备出来的高熵合金直接成型为零件，化学成分均匀，致密度高，成型速率可达5-10kg/h，而且由于成型环境开放，零件的尺寸无限制，可快速制备大型零件，而且所采用的线材可以自行组合，可以制备不同合金含量的线材，为了保证零件中的合金充分混合，所采用的线材直径不宜过大。

实施例二：该实施例是在实施例一的基础上，对矫直装置6的具体结构做出进一步的优化，具体地为：所述矫直装置6包括安装板31，多对接线组和相邻设置的多对矫直组，所述安装板31上靠近所述纺丝装置4的一侧设置有多个安装孔，所述接线组包括相对设置两个接线组轮32，所述接线组轮32还设置有同轴的接线齿轮33，相邻的两个接线组轮32上的接线齿轮33互相啮合，所述接线组轮32通过安装孔安装在所述安装板31上，所述安装板31的另一侧设置有接线电机34，所述接线电机34的输出轴穿过所述安装板21与任一接线齿轮32连接；所述矫直组包括两个相对设置的矫直轮35，所述矫直轮35与相邻的一对矫直组上的一个矫直轮35相切；所述接线组包括两组。

在使用过程中，被纺丝装置4绞合形成的绞合丝6进入最靠近的一对接线组轮32之间，任意接线组轮32由接线电机34驱动转动，进而通过接线齿轮33带动相邻的接线组轮32转动，进而将绞合丝6引导至后面的矫直组，利用矫直组上下相对设置的矫直轮35对绞合丝6进行矫直，矫直完毕后将绞合丝6输送至焊枪7进行堆焊制备高熵合金。

实施例三：该实施例是在实施例二的基础上，对矫直装置6的具体结构做出进一步的优化，具体地为:所述安装板31上远离所述纺丝装置4的一侧设置有矩形凹槽36，所述矩形凹槽36上由上而下一次设置有导向板37和推动块38，所述导向板37上设置有与所述矫直轮35相对应的滑槽39，所述矫直轮35通过滑块40与所述滑槽39连接，所述推动块38包括两块，分别对应所述矫直组的两个矫直轮35，所述滑块40与所述推动块38连接，所述安装板31上设置有与所述推动块38一一对应的推动器41，所述推动器41推动所述推动块38带动同一侧的多组所述矫直组中的矫直轮35移动，使得相同矫直组中的两个矫直轮35靠近或远离。实际上，滑槽39和滑块40的配合，使得推动块38、矫直轮35在被推动器41推动的过程中，移动更加顺畅和稳定，通过推动器41推动推动块38，进而带动矫直轮35移动，调整矫直轮组对绞合丝6的矫直作用，可根据实际情况作出相应的调整，具有较大的兼容性。而且，矫直轮的型号可以根据实际生产需要进行更换，具有较大的适应性。在实际使用过程中，所述推动器41或电缸为气缸，在该实施例中，该推动器41为气缸。

虽然上面已经参考各种实施例描述了本发明，但是应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多改变和修改。也就是说上面讨论的方法，系统和设备是示例。各种配置可以适当地省略，替换或添加各种过程或组件。例如，在替代配置中，可以以与所描述的顺序不同的顺序执行方法，和/或可以添加，省略和/或组合各种部件。而且，关于某些配置描述的特征可以以各种其他配置组合，如可以以类似的方式组合配置的不同方面和元素。此外，随着技术发展其中的元素可以更新，即许多元素是示例，并不限制本公开或权利要求的范围。

在说明书中给出了具体细节以提供对包括实现的示例性配置的透彻理解。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实践配置例如，已经示出了众所周知的电路，过程，算法，结构和技术而没有不必要的细节，以避免模糊配置。该描述仅提供示例配置，并且不限制权利要求的范围，适用性或配置。相反，前面对配置的描述将为本领域技术人员提供用于实现所描述的技术的使能描述。在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。

综上，其旨在上述详细描述被认为是例示性的而非限制性的，并且应当理解，以下权利要求(包括所有等同物)旨在限定本发明的精神和范围。以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (9)

1.一种高熵合金堆焊用送丝机构，其特征在于，包括多股线材、丝径控制装置、纺丝装置、高频感应原位加热装置、矫直装置、焊枪和基板，多股线材经丝径控制装置控制直径后，与纺丝装置连接并经纺丝装置绞合成绞合丝，绞合丝与所述矫直装置连接，经矫直装置矫直的绞合丝与焊枪连接进行堆焊，其中，线材数量大于等于4，基板设置在焊枪下方用于承托工件，所述高频感应原位加热装置套设在所述纺丝装置外用于加热绞合过程中的线材。

2.根据权利要求1所述的一种高熵合金堆焊用送丝机构，其特征在于：所述丝径控制装置，包括安装座、设置在所述安装座上的多组变径组，所述变径组分别对应额定直径，所述变径包括上下相对设置的两个变径轮以及分别控制所述变径轮做相近或相离运动的电动缸。

3.根据权利要求1所述的一种高熵合金堆焊用送丝机构，其特征在于，所述纺丝装置包括底板、圆周均匀分布在所述底板上的多个接线单元、设置在所述底板圆心上的驱动电机，以及纺丝头，所述纺丝头包括与驱动电机的输出轴连接的连接部，所述连接部上设置有多个圆周放射状的纺丝棒，所述纺丝棒的数量与所述接线单元的数量一致。

4.如权利要求3所述的一种高熵合金堆焊用送丝机构，其特征在于，所述接线单元包括两块相对竖直设置在所述底板上的安装片、安装在所述两块安装片上的两个接线轮，所述接线轮的转轴分别与两块所述安装片连接，两个所述接线轮相邻设置，所述线材从两个所述接线轮之间穿过。

5.如权利要求1所述的一种高熵合金堆焊用送丝机构，其特征在于，所述矫直装置包括安装板，多对接线组和相邻设置的多对矫直组，所述安装板上靠近所述纺丝装置的一侧设置有多个安装孔，所述接线组包括相对设置两个接线组轮，所述接线组轮还设置有同轴的接线齿轮，相邻的两个接线组轮上的接线齿轮互相啮合，所述接线组轮通过安装孔安装在所述安装板上，所述安装板的另一侧设置有接线电机，所述接线电机的输出轴穿过所述安装板与任一接线齿轮连接；所述矫直组包括两个相对设置的矫直轮，所述矫直轮与相邻的一对矫直组上的一个矫直轮相切。

6.如权利要求5所述的一种高熵合金堆焊用送丝机构，其特征在于，所述安装板上远离所述纺丝装置的一侧设置有矩形凹槽，所述矩形凹槽上由上而下一次设置有导向板和推动块，所述导向板上设置有与所述矫直轮相对应的滑槽；所述矫直轮通过滑块与所述滑槽连接，所述推动块包括两块，分别对应所述矫直组的两个矫直轮，所述滑块与所述推动块连接，所述安装板上设置有与所述推动块一一对应的推动器，所述推动器推动所述推动块带动同一侧的多组所述矫直组中的矫直轮移动，使得相同矫直组中的两个矫直轮靠近或远离。

7.如权利要求6所述的一种高熵合金堆焊用送丝机构，其特征在于，所述推动块为电缸或气缸。

8.如权利要求5所述的一种高熵合金堆焊用送丝机构，其特征在于，所述矫直组包括两组。

9.如权利要求5所述的一种高熵合金堆焊用送丝机构，其特征在于，所述接线组包括两组。

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