CN112958873B - 一种金属夹芯电弧增材制造装置及工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种金属夹芯电弧增材制造装置及工作方法，本发明包括CMT焊枪、送丝机构和运动机构，通过在焊枪上增加新的送丝机构，调整热输入量，实现钛合金丝材夹芯的铝合金增材结构，与钢筋混凝土结构形式相似，本发明采用的CMT增材钛合金夹芯方法制备的增材结构，在整体上以铝合金为主，内部形成钛合金丝材夹芯结构，从而整体可形成以高强、高韧钛合金为主的骨架结构，在满足轻量化需要的同时，能够进一步提高结构的强度、韧性，且成本低，具有广泛的应用场景。

Description

一种金属夹芯电弧增材制造装置及工作方法
技术领域
本发明属于3D打印领域，具体涉及一种金属夹芯电弧增材制造装置及工作方法。
背景技术
铝合金因密度小，比强度高，抗腐蚀性强等一系列优点成为了电弧增材制造中常用的优质材料，近年来在航空航天、船舶行业和压力容器等领域得到广泛应用。电弧增材制造技术以电弧作为热源，将丝材熔化成金属滴后逐层堆积制造直至成型.与传统铸造加工工艺相比较，AM技术具有加工效率高，设计自由度高，加工成本低等优点，尤其适用于高强铝合金航空结构件的制造，铝合金AM技术的对推动结构轻质化生产具有重要意义。
目前传统的铝合金电弧增材技术中常采用CMT、MIG等技术作为热源，按照层层堆焊的方式制备所需工件结构，存在着材料强度低、冲击韧性差等难题，且通常难以通过调整合金成分和工艺进行调整。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种金属夹芯电弧增材制造装置及工作方法，采用的CMT增材钛合金夹芯方法制备的增材结构，在整体上以铝合金为主，内部形成钛合金丝材夹芯结构，从而整体可形成以高强、高韧钛合金为主的骨架结构，在满足轻量化需要的同时，能够进一步提高结构的强度、韧性，且成本低，具有广泛的应用场景。
为了达到上述目的，一种金属夹芯电弧增材制造装置，包括运动机构和送丝机构，运动机构端部设置有CMT焊枪，CMT焊枪与送丝机构间通过连接夹具连接，CMT焊枪与送丝机构朝向工件基板，CMT焊枪的焊接电流为60-110A，CMT焊枪的送丝速度为6-12m/min，运动机构的运动速度为0.1-0.8m/min，送丝机构的送丝速度为0.1-0.8mm/min，CMT焊枪的送丝速度与运动机构的运动速度相同。
送丝机构与工件基板的夹角为5-45°。
CMT焊枪与工件基板的夹角为70-110。
CMT焊枪与工件基板的距离为10-20mm。
CMT焊枪内为铝合金丝材，送丝机构内为钛合金丝材。
一种金属夹芯电弧增材制造装置的工作方法，包括以下步骤：
将铝合金放入CMT焊枪，将钛合金丝材放入送丝机构；
开启CMT焊枪、运动机构和送丝机构，在铝合金内部形成钛合金丝材夹芯结构，完成金属夹芯电弧增材的制造。
CMT焊枪的焊接电流为60-110A，CMT焊枪的送丝速度为6-12m/min，运动机构的运动速度为0.1-0.8m/min，送丝机构的送丝速度为0.1-0.8mm/min，CMT焊枪的送丝速度与运动机构的运动速度相同。
与现有技术相比，本发明的装置包括CMT焊枪、送丝机构和运动机构，通过在焊枪上增加新的送丝机构，调整热输入量，实现钛合金丝材夹芯的铝合金增材结构，与钢筋混凝土结构形式相似，本发明采用的CMT增材钛合金夹芯方法制备的增材结构，在整体上以铝合金为主，内部形成钛合金丝材夹芯结构，从而整体可形成以高强、高韧钛合金为主的骨架结构，在满足轻量化需要的同时，能够进一步提高结构的强度、韧性，且成本低，具有广泛的应用场景。
本发明的制作方法利用低热输入量的CMT铝合金电弧作为输入热源，能够有效降低热输入量，避免了钛合金和铝合金的直接冶金融合形成金属间化合物，消除了未熔合、裂纹等缺陷，保证了沉积增材体的结构强度，形成了类钢筋混凝土的金属增材结构。本发明通过在增材组织中增加高强、高韧钛合金丝材，能够有效提高铝合金增材体的强度和韧性，并基于数控系统实现复杂构件的三维空间的增材制造，满足实际产品的需要。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中CMT焊枪和送丝机构的配合示意图；
图3为金属夹芯电弧增材的结构示意图；
图4为金属夹芯电弧增材的示意图；
图5为金属夹芯电弧增材的金相图；
图6为增材结构X射线底片；
其中，1、CMT焊枪，2、送丝机构，3、运动机构，4、工件基板，5、连接夹具，6-1、铝合金，6-2、钛合金丝材。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
参见图1和图2，一种金属夹芯电弧增材制造装置，包括运动机构3和送丝机构2，运动机构3端部设置有CMT焊枪1，CMT焊枪1与送丝机构2间通过连接夹具5连接，CMT焊枪1与送丝机构2朝向工件基板4，CMT焊枪1的焊接电流为60-110A，CMT焊枪1的送丝速度为6-12m/min，运动机构3的运动速度为0.1-0.8m/min，送丝机构2的送丝速度为0.1-0.8mm/min，CMT焊枪1的送丝速度与运动机构3的运动速度相同。送丝机构2与工件基板4的夹角为5-45°。CMT焊枪1与工件基板4的夹角为70-110°。CMT焊枪1与工件基板4的距离为10-20mm。CMT焊枪1内为铝合金丝材，送丝机构2内为钛合金丝材。
参见图1和图3，一种金属夹芯电弧增材制造装置的工作方法，包括以下步骤：
将铝合金放入CMT焊枪1，将钛合金丝材放入送丝机构2；
CMT焊枪1的焊接电流为60-110A，使铝合金熔池温度达到700-1200℃，此时熔池的温度低于钛合金丝材熔点，CMT焊枪1的送丝速度为6-12m/min，运动机构3的运动速度为0.1-0.8m/min，送丝机构2的送丝速度为0.1-0.8mm/min，CMT焊枪1的送丝速度与运动机构3的运动速度相同。
开启CMT焊枪1、运动机构3和送丝机构2，钛合金丝材在铝合金增材体中未发生熔化，两者间能够紧密连接，在铝合金6-1内部形成钛合金丝材6-2夹芯结构，完成金属夹芯电弧增材的制造。
当热量过高时会导致钛合金丝材熔化，造成钛合金与铝合金的冶金相融，导致金属间化合物的生成，增材过程中出现裂纹等缺陷。热量过低时铝合金在CMT增材过程中容易产生气孔，同时与钛合金丝材间容易形成未熔合。
参见图4、图5和图6，可以观察到钛合金未发生熔化，或少量熔化至铝合金沉积体中，且铝合金和钛合金存在微小的过渡层，钛合金芯材和铝合金基体间存在着冶金连接。
本发明的应用场景为铝合金、镁合金等低熔点金属增材制造中提高强度和冲击韧性等需要，实现了异种金属夹芯结构的增材制造，而非传统的异种金属冶金相融合形式。
本发明通过在增材组织中增加高强、高韧钛合金丝材，能够有效提高铝合金增材体的强度和韧性，并基于数控系统实现复杂构件的三维空间的增材制造，满足实际产品的需要。
本发明利用低热输入量的CMT铝合金电弧作为输入热源，能够有效降低热输入量，避免了钛合金和铝合金的直接冶金融合形成金属间化合物，消除了未熔合、裂纹等缺陷，保证了沉积增材体的结构强度。
本发明基于传统的电弧熔丝技术，增加了钛合金丝材，通过调整钛合金丝材与铝合金基体的熔化状态，能有效避免裂纹、未熔合等内部缺陷，形成了钛丝与铝沉积体的半机械、半冶金结合，实现了钛合金丝材夹芯，铝合金基体增材的新型仿钢筋混凝土结构。

Claims (5)

1.一种金属夹芯电弧增材制造装置，其特征在于，包括运动机构(3)和送丝机构(2)，运动机构(3)端部设置有CMT焊枪(1)，CMT焊枪(1)与送丝机构(2)间通过连接夹具(5)连接，CMT焊枪(1)与送丝机构(2)朝向工件基板(4)，CMT焊枪(1)的焊接电流为80-130A，CMT焊枪(1)的送丝速度为6-12m/min，运动机构(3)的运动速度为0.2-0.8m/min，送丝机构(2)的送丝速度为0.2-0.8mm/min，送丝机构(2)的送丝速度与运动机构(3)的运动速度相同，CMT焊枪(1)内为铝合金丝材，送丝机构(2)内为钛合金丝材，CMT焊枪(1)的焊接电流为60-110A，使铝合金熔池温度达到700-1200℃，熔池的温度低于钛合金丝材熔点，钛合金丝材在铝合金增材体中未发生熔化，两者能够紧密连接，最终形成在整体上以铝合金为主、内部为钛合金丝材夹芯的类钢筋混凝土的增材结构。
2.根据权利要求1所述的一种金属夹芯电弧增材制造装置，其特征在于，送丝机构(2)与工件基板(4)的夹角为5-45°。
3.根据权利要求1所述的一种金属夹芯电弧增材制造装置，其特征在于，CMT焊枪(1)与工件基板(4)的夹角为70-110°。
4.根据权利要求1所述的一种金属夹芯电弧增材制造装置，其特征在于，CMT焊枪(1)与工件基板(4)的距离为10-20mm。
5.权利要求1所述的一种金属夹芯电弧增材制造装置的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
将铝合金放入CMT焊枪(1)，将钛合金丝材放入送丝机构(2)；
开启CMT焊枪(1)、运动机构(3)和送丝机构(2)，在铝合金(6-1)内部形成钛合金丝材(6-2)夹芯结构，完成金属夹芯电弧增材的制造；
钛合金丝材在铝合金增材体中未发生熔化，两者间能够紧密连接；
CMT焊枪(1)的焊接电流为60-110A，CMT焊枪(1)的送丝速度为6-12m/min，运动机构(3)的运动速度为0.1-0.8m/min，送丝机构(2)的送丝速度为0.1-0.8mm/min，送丝机构(2)的送丝速度与运动机构(3)的运动速度相同。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114043042A (zh) * 2021-11-10 2022-02-15 首都航天机械有限公司 一种柔性电弧增材制造装备
CN114654558A (zh) * 2022-03-10 2022-06-24 北京理工大学 一种建筑用钢筋混凝土增材制造装备及方法
CN115319420A (zh) * 2022-08-29 2022-11-11 中国电子科技集团公司第十四研究所 一种基于电弧增材的钛合金圆盘类零件制造方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102371421A (zh) * 2011-10-08 2012-03-14 哈尔工业大学 一种冷金属过渡的焊接方法及其装置
JP2017035865A (ja) * 2015-08-10 2017-02-16 順治 曽根 加熱アシスト３ｄプリンタ
CN110480124A (zh) * 2018-05-15 2019-11-22 天津大学 一种钛/铝异种材料的增材制造方法
CN110653461A (zh) * 2019-09-09 2020-01-07 中国兵器科学研究院宁波分院 一种变密度Ti/TiAl梯度材料的快速近净成形方法
EP3610972A1 (en) * 2018-08-13 2020-02-19 Goodrich Corporation Systems and methods for high strength titanium wire additive manufacturing
CN111390347A (zh) * 2020-03-09 2020-07-10 上海交通大学 一种连续送进的双焊丝熔滴交替过渡控制装置与方法
CN111496345A (zh) * 2019-01-31 2020-08-07 南京理工大学 一种熔化极电弧与热填丝复合单电弧双丝增材制造的方法及装置
CN112139650A (zh) * 2020-09-02 2020-12-29 南京理工大学 基于增材制造方法原位增材制备金属间化合物构件的方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102371421A (zh) * 2011-10-08 2012-03-14 哈尔工业大学 一种冷金属过渡的焊接方法及其装置
JP2017035865A (ja) * 2015-08-10 2017-02-16 順治 曽根 加熱アシスト３ｄプリンタ
CN110480124A (zh) * 2018-05-15 2019-11-22 天津大学 一种钛/铝异种材料的增材制造方法
EP3610972A1 (en) * 2018-08-13 2020-02-19 Goodrich Corporation Systems and methods for high strength titanium wire additive manufacturing
CN111496345A (zh) * 2019-01-31 2020-08-07 南京理工大学 一种熔化极电弧与热填丝复合单电弧双丝增材制造的方法及装置
CN110653461A (zh) * 2019-09-09 2020-01-07 中国兵器科学研究院宁波分院 一种变密度Ti/TiAl梯度材料的快速近净成形方法
CN111390347A (zh) * 2020-03-09 2020-07-10 上海交通大学 一种连续送进的双焊丝熔滴交替过渡控制装置与方法
CN112139650A (zh) * 2020-09-02 2020-12-29 南京理工大学 基于增材制造方法原位增材制备金属间化合物构件的方法

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