CN116175000A - 一种用于双丝电弧增材制造高熵合金的药芯填充丝及工艺方法 - Google Patents
一种用于双丝电弧增材制造高熵合金的药芯填充丝及工艺方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种用于双丝电弧增材制造高熵合金的药芯填充丝及工艺方法,涉及增材制造领域。药芯填充丝1外皮采用304不锈钢外皮,芯部粉末各元素成分按质量百分比为:金属钴粉的质量百分比为40%~80%,金属铝粉的质量百分含量为20%~60%。填充率为40wt.%~50wt.%;药芯填充丝2外皮采用镍基625外皮,芯部粉末各元素成分按质量百分比为:金属铜粉的质量百分比为0~100%,金属锰粉的质量百分比为0~100%;填充率为20wt.%~30wt.%。控制电流范围在150A~200A。送丝速度均为1.1m/min~2.5m/min。保证合金相为面心立方和体心立方组成,有效抑制金属间化合物产生,增强材料综合性能。
Description
技术领域
本发明涉及增材制造领域,具体涉及一种用于双丝电弧增材制造高熵合金的药芯填充丝及工艺方法。
背景技术
高熵合金又称多主元合金,一般是由五种或五种以上等摩尔或者近似等摩尔的元素组成的合金且每种元素的摩尔量都在5%~35%之间。与传统合金相比,高熵合金具有高强度、高硬度、良好的耐高温和耐腐蚀性能,在航天航空、核工业、舰船等领域具有广阔应用前景。
电弧增材制造是近年来发展出的一种先进制造技术,是增材制造技术的一个重要分支,其基于离散~堆积原理,以电弧为热源熔化丝材,通过逐层堆积的方式直接制备实体零部件,拥有传统制造技术难以比拟的高效率、高柔性和低成本优势,为高熵合金零部件的高效、高质、低成本制造提供了一条具有重要潜力的新途径。
通过对现有的高熵合金电弧增材制造技术检索发现,目前电弧增材制造用高熵合金填充丝材和工艺方法中,专利(专利号202210401510.4)公开了一种用于电弧增材制造的Al~Co~Cr~Fe~Ni高熵合金制备方法,通过设计一种缆式焊丝(Co~Cr~Fe~Ni)和纯Al焊丝,采用双丝共同送进的方式增材制造Al~Co~Cr~Fe~Ni高熵合金。该方法可灵活调控单一元素Al的含量,不足之处在于:Co、Cr、Fe和Ni四种合金主元的成分不可自由调控,且缆丝结构相对复杂,送丝性较差。
专利(专利号201810192636.9)公开了一种高熵合金双电弧熔丝增材制造的方法,设计和制备了一种高熵合金药芯填充丝,采用双电弧协同熔化双丝的方式增材制造高熵合金。该方法的局限在于:所采用的双电弧热输入大,易引起制件组织粗化、性能降低,且两套相互独立的电源之间的协同控制相对复杂。
因此,设计一种用于电弧增材制造高熵合金的填充丝材及工艺方法,实现高熵合金的高效、高质、低成本制造,是本领域亟待解决的技术问题,这对于推进电弧增材制造技术和高熵合金的工程应用具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于双丝电弧增材制造高熵合金的药芯填充丝及工艺方法,采用双药芯填充丝材料以及双丝电弧增材制造高熵合金工艺能够高效率、高质量、低成本制造高熵合金。
本发明的技术方案为:一种用于双丝电弧增材制造高熵合金的药芯填充丝及工艺方法,包括双丝电弧增材制造高熵合金专用药芯填充丝、双丝电弧增材制造高熵合金工艺方法。
本发明所采用的第一个技术方案为双丝电弧增材制造高熵合金专用药芯填充丝,包括药芯填充丝1和药芯填充丝2。药芯填充丝1和药芯填充丝2均由外皮和芯部药粉组成。
药芯填充丝1外皮采用304不锈钢外皮,其芯部粉末各元素成分按质量百分比为:金属钴粉的质量百分比为40%~80%,金属铝粉的质量百分含量为20%~60%。
药芯填充丝2外皮采用镍基625外皮,其芯部粉末各元素成分按质量百分比为:金属铜粉的质量百分比为0~100%,金属锰粉的质量百分比为0~100%,优选铜和锰均不为0。
药芯填充丝1的芯部粉末填充率为40wt.%~50wt.%,药芯填充丝2的芯部粉末填充率为20wt.%~30wt.%。
药芯填充丝1中粉末粒径为400~600目,药芯填充丝2中粉末粒径为100~200目。
本发明采用的第二个技术方案为双丝电弧增材制造高熵合金工艺方法。
所述的双丝电弧增材制造高熵合金工艺方法,系统由固定设备的工作台、三维运动机构、焊接结构、送丝结构、运动控制结构、保护气结构组成;工作台固定于三维运动机构XY轴所在平面上,工作台上包括有夹具,用于固定基板以保证工作过程中基板的热稳定。
所述三维运动机构中X轴Y轴Z轴三轴相互垂直,Z轴与焊接结构焊枪相连接,可控制焊枪在Z轴方向上移动;X轴和Y轴固定于工作台下,可承载工作台在XY轴平面内移动;三轴末端均与运功控制结构相连接,用于接收控制中心信号。
所述焊接结构由焊枪和焊机及若干连接线组成。焊枪固定于Z轴上随Z轴移动,焊枪与焊机相连用于接收以电弧为热源对焊丝进行加热的信号,焊机用于控制起弧熄弧和电流,控制电流范围在150A~200A。
所述送丝机构由送丝管和送丝机及若干焊丝组成。送丝管固定在Z轴上随Z轴一起运动,其末端正对焊枪钨极底部3~5mm,送丝管与XZ轴所在平面呈20~40度,与XY轴所在平面呈15~30度,两个送丝管分别对应药芯填充丝1和药芯填充丝2且相对于XZ轴所在平面对称分布,熔池是由药芯填充丝1和药芯填充丝2加热端共同且同时熔化形成的;送丝机用于控制送丝速度及送丝模式,药芯填充丝1和药芯填充丝2的匀速送丝速度均为1.1m/min~2.5m/min,两组送丝均采用振荡送丝模式。
所述运动控制机构由一个可编程控制器及若干连接线组成。控制器与三维运动平台、送丝机构以及焊接结构相连接,控制器可通过编程控制三维运动平台运动轨迹、焊枪起弧以及送丝机构送丝,控制器设定焊接速度为120mm/min~180mm/min。
所述保护气机构由储气罐和喷气系统组成。储气罐用于储存氩气惰性气体。喷气系统与焊机相连接,再由焊机连接到焊枪末端,可通过气压表设定气流量为10~15L/min,用于局部降温以及隔绝空气。
还包括有一种基于上述设备制作高熵合金的方法,所述焊丝包括304不锈钢药芯焊丝和镍基625药芯焊丝,所述的焊枪采用电弧为热源进行增材制造。
作为上述方案的进一步设置,所述送丝机构内置程序可通过设定调整每个所述输送组件对焊丝的输送速度以及送丝模式。
作为上述方案的进一步设置,所述高熵合金的组合成分可通过改变药芯成分以改变组合丝的整体成分或改变304不锈钢药芯焊丝与镍基625药芯焊丝相互间的送丝速度进行快速调整。
作为上述方案的进一步设置,所述的基底为Q235钢板,所述的电弧采用钨极氩弧焊TIG焊。
作为上述方案的进一步设置,所述的电弧增材制造包含以下步骤:
1)将基板表面进行打磨去除氧化层,并用酒精清洗表面;
2)待清洁完毕后,使用夹具将基板固定在工作台上;
3)将预制作的双丝分别装入送丝机构,通过预实验以及计算对设备内置程序控制各机构进行参数设定,所述的参数包括三维运动平台运行速度、送丝速度、焊接电流以及保护气流量;
4)参数设定完成后,将焊枪钨极前端调整到距离基板3~5mm,并将焊枪的路径程序导入三维运动平台控制器,由三维运动控制器按照预先设定的运行速度控制三轴运动;
5)设定完成后,启动保护气系统,并通过检测确定保护气系统均匀输出保护气,且输出参数符合设定参数;
6)所有参数、程序准备完成后,运行程序,设备启动预热,设备预热完成后开始打印;
7)焊接机构、双送丝机构以及保护气系统联动使焊枪在基板上水平移动进行第一层的制造,一层制造完成后,移开焊接机构以及送丝机构,并启动角磨机构对工件进行打磨,去除氧化层;
8)打磨完成后,再次进行第二层制造,并循环;
9)等待打印件冷却后,取下打印件,可得到高熵合金制件。
在本发明的药粉配置和外皮选择过程中,对各化学元素的组成及含量限定理由分别叙述如下:
铝元素通过固溶强化提高高熵合金的强度和硬度,改善基体的承载能力,铝元素含量的增加,可使高熵合金中体心立方相含量增加,面心立方相减少,控制铝元素含量可使高熵合金处于特定的双相结构,从而具有较高的强度和最大的断裂延伸率,综合力学性能最好。
镍元素既可以与铁无限固溶,又可以和铝、钴、铬等互溶,通过改善焊缝和母材的相容性,抑制金属间化合物的产生,提高高熵合金的综合性能。
铜元素与大部分元素的互溶性较差,因此铜元素通常偏聚在枝晶间处会使高熵合金的强度和硬度降低、塑性和韧性增加。
高熵合金制作设备及异质双药芯焊丝有益效果:
(1)相比于其他焊丝,本发明药芯丝材的成分调控更加灵活,焊丝生产周期短,制作难度和成本低。
(2)相比于其他高熵合金增材方法,本发明采用的焊丝能够使高熵合金增材件各个组元含量大致相同,保证合金相为面心立方和体心立方组成,有效抑制金属间化合物产生,增强材料综合性能。
(3)相比于其他增材工艺方法,本发明采用双丝配合增材制造和三维运动平台模式,同时将焊接结构、送丝结构、三维运动平台连接到控制中心,使得操作非常简便,而且编程代码通俗易懂,三轴运动控制增材制造相比于机器人手臂精度高,更加精准。
(4)本发明使打印高熵合金增材件的成本更低,而且效率更高,对于一些大型部件和精确度不是特别高的小型零件都可以快速打印,工艺简单,而且双丝成分及工艺都可调控,使得高熵合金增材件具有良好的力学性能。
附图说明
图1为实施例中通过双丝TIG电弧增材制造高熵合金的方法模型图;
图2为本发明实施例高熵合金增材制造装置中送丝结构以及焊接结构的结构示意图;
图中,1、药芯填充丝1送丝机;2、药芯填充丝2送丝机;3、导电嘴1;4、导电嘴2;5、高熵合金增材层;6、TIG焊接电源;7、工作台;8、焊枪。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点,下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是,在相互不冲突的情况下,本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下结合图1和图2以及具体实施例来对本发明作具体的介绍。
实施例1:
该实施例是以Q235钢板作为金属基板,使用填充率为40%,填充质量分数为25%铝粉、75%钴粉的304不锈钢药芯焊丝作为药芯填充丝1。使用填充率为20%,填充质量分数为40%铜粉、60%锰粉的镍基625药芯焊丝作为药芯填充丝2。采用双丝TIG焊接方式进行增材制造,步骤如下:
1)将基板表面进行打磨去除氧化层,并用酒精清洗表面;
2)待表面清洁完毕,使用夹具将基板固定在工作台上;
3)将两根焊丝分别装入送丝机构的输送组件中,设置焊枪送丝速度为5.5m/min,设置焊接电流为150A,保护气流速为10L/min;
4)将焊枪钨极前端调整到距离基板3~5mm,并将焊枪的路径程序导入三维运动平台控制器,由三维运动控制器按照预先设定的运行速度控制三轴运动;
5)运行程序,开始打印;
6)在每打印一层层间,通过观察焊缝成形调整两焊丝的送丝角度及速度,并使用角磨机打磨工件表面,去除氧化层;
7)等待打印件冷却后,取下打印件,可得到高熵合金材料制件。
焊后测得焊缝金属各主元元素含量表(原子百分比\at%)
元素 | Fe | Ni | Cr | Mo | Mn | Cu | Al | Co |
含量 | 22.46% | 25.76% | 15.08% | 2.1% | 4.69% | 5.29% | 10.38% | 14.25% |
根据熵值公式焓值公式/>原子半径差公式/>平均价电子浓度公式/>来计算,其合金熵值为1.86R=15.49J·mol~1K~1(1.86R>1.5R)、混合焓值为~6.89KJ·mol~1(~15KJ·mol~1<~6.89KJ·mol~1<5KJ·mol~1)、原子半径差为4.42%(4.42%<6%)、平均价电子浓度为7.91(6.5<7.91<8)。经过理论计算及实际检测所知增材制件达到高熵,对增材件进行打磨切样后根据GBT_7997-2014硬质合金维氏硬度试验方法对样品进行硬度测试,试样平均硬度为270HV;对增材件进行打磨切样后根据GB/T 2651-2008焊接接头拉伸试验方法对样品进行力学性能测试,拉伸强度为823MPa。
实施例2:
该实施例是以Q235钢板作为金属基板,使用填充率为40%,填充质量分数为30%铝粉、70%钴粉的304不锈钢药芯焊丝作为药芯填充丝1。使用填充率为20%,填充质量分数为45%铜粉、55%锰粉的镍基625药芯焊丝作为药芯填充丝2。采用双丝TIG焊接方式进行增材制造,步骤如下:
1)将基板表面进行打磨去除氧化层,并用酒精清洗表面;
2)待表面清洁完毕,使用夹具将基板固定在工作台上;
3)将两根焊丝分别装入送丝机构的输送组件中,设置焊枪送丝速度为5.5m/min,设置焊接电流为150A,保护气流速为10L/min;
4)将焊枪钨极前端调整到距离基板3~5mm,并将焊枪的路径程序导入三维运动平台控制器,由三维运动控制器按照预先设定的运行速度控制三轴运动;
5)运行程序,开始打印;
6)在每打印一层层间,通过观察焊缝成形调整两焊丝的送丝角度及速度,并使用角磨机打磨工件表面,去除氧化层;
7)等待打印件冷却后,取下打印件,可得到高熵合金材料制件。
焊后测得焊缝金属各主元元素含量表(原子百分比\at%)
元素 | Fe | Ni | Cr | Mo | Mn | Cu | Al | Co |
含量 | 22.19% | 25.45% | 14.9% | 2.08% | 5.14% | 4.79% | 12.3% | 13.15% |
根据熵值公式焓值公式/>原子半径差公式/>平均价电子浓度公式/>来计算,其合金熵值为1.87R=15.55J·mol~1K~1(1.87R>1.5R)、混合焓值为~7.90KJ·mol~1(~15KJ·mol~1<~7.90KJ·mol~1<5KJ·mol~1)、原子半径差为4.67%(4.67%<6%)、平均价电子浓度为7.78(6.5<7.78<8)。经过理论计算及实际检测所知增材制件达到高熵,对增材件进行打磨切样后根据GBT_7997-2014硬质合金维氏硬度试验方法对样品进行硬度测试,试样平均硬度为280HV;对增材件进行打磨切样后根据GB/T 2651-2008焊接接头拉伸试验方法对样品进行力学性能测试,拉伸强度为850MPa。
实施例3:
该实施例是以Q235钢板作为金属基板,使用填充率为40%,填充质量分数为35%铝粉、65%钴粉的304不锈钢药芯焊丝作为药芯填充丝1。使用填充率为20%,填充质量分数为50%铜粉、50%锰粉的镍基625药芯焊丝作为药芯填充丝2。采用双丝TIG焊接方式进行增材制造,步骤如下:
1)将基板表面进行打磨去除氧化层,并用酒精清洗表面;
2)待表面清洁完毕,使用夹具将基板固定在工作台上;
3)将两根焊丝分别装入送丝机构的输送组件中,设置焊枪送丝速度为5.5m/min,设置焊接电流为150A,保护气流速为10L/min;
4)将焊枪钨极前端调整到距离基板3~5mm,并将焊枪的路径程序导入三维运动平台控制器,由三维运动控制器按照预先设定的运行速度控制三轴运动;
5)运行程序,开始打印;
6)在每打印一层层间,通过观察焊缝成形调整两焊丝的送丝角度及速度,并使用角磨机打磨工件表面,去除氧化层;
7)等待打印件冷却后,取下打印件,可得到高熵合金材料制件。
焊后测得焊缝金属各主元元素含量表(原子百分比\at%)
元素 | Fe | Ni | Cr | Mo | Mn | Cu | Al | Co |
含量 | 21.94% | 25.16% | 14.73% | 2.05% | 5.57% | 4.3% | 14.19% | 12.06% |
根据熵值公式焓值公式/>原子半径差公式/>平均价电子浓度公式/>来计算,其合金熵值为1.87R=15.55J·mol~1K~1(1.87R>1.5R)、混合焓值为~8.86KJ·mol~1(~15KJ·mol~1<~8.86KJ·mol~1<5KJ·mol~1)、原子半径差为4.88%(4.88%<6%)、平均价电子浓度为7.65(6.5<7.65<8)。经过理论计算及实际检测所知增材制件达到高熵,对增材件进行打磨切样后根据GBT_7997-2014硬质合金维氏硬度试验方法对样品进行硬度测试,试样平均硬度为292HV;对增材件进行打磨切样后根据GB/T 2651-2008焊接接头拉伸试验方法对样品进行力学性能测试,拉伸强度为862MPa。
实施例4:
该实施例是以Q235钢板作为金属基板,使用填充率为40%,填充质量分数为40%铝粉、60%钴粉的304不锈钢药芯焊丝作为药芯填充丝1。使用填充率为20%,填充质量分数为55%铜粉、45%锰粉的镍基625药芯焊丝作为药芯填充丝2。采用双丝TIG焊接方式进行增材制造,步骤如下:
1)将基板表面进行打磨去除氧化层,并用酒精清洗表面;
2)待表面清洁完毕,使用夹具将基板固定在工作台上;
3)将两根焊丝分别装入送丝机构的输送组件中,设置焊枪送丝速度为5.5m/min,设置焊接电流为150A,保护气流速为10L/min;
4)将焊枪钨极前端调整到距离基板3~5mm,并将焊枪的路径程序导入三维运动平台控制器,由三维运动控制器按照预先设定的运行速度控制三轴运动;
5)运行程序,开始打印;
6)在每打印一层层间,通过观察焊缝成形调整两焊丝的送丝角度及速度,并使用角磨机打磨工件表面,去除氧化层;
7)等待打印件冷却后,取下打印件,可得到高熵合金材料制件。
焊后测得焊缝金属各主元元素含量表(原子百分比\at%)
元素 | Fe | Ni | Cr | Mo | Mn | Cu | Al | Co |
含量 | 21.68% | 24.87% | 14.56% | 2.03% | 6% | 3.83% | 16.03% | 11.01% |
根据熵值公式焓值公式/>原子半径差公式/>平均价电子浓度公式/>来计算,其合金熵值为1.87R=15.52J·mol~1K~1(1.87R>1.5R)、混合焓值为~9.74KJ·mol~1(~15KJ·mol~1<~9.74KJ·mol~1<5KJ·mol~1)、原子半径差为5.07%(5.07%<6%)、平均价电子浓度为7.53(6.5<7.53<8)。经过理论计算及实际检测所知增材制件达到高熵,对增材件进行打磨切样后根据GBT_7997-2014硬质合金维氏硬度试验方法对样品进行硬度测试,试样平均硬度为305HV;对增材件进行打磨切样后根据GB/T 2651-2008焊接接头拉伸试验方法对样品进行力学性能测试,拉伸强度为885MPa。
本发明的高熵合金制作设备以及焊丝设计简单,机构科学,其原理主要针对高熵合金焊丝制作以及程序控制制造高熵合金,采用双药芯焊丝作为原材料,通过控制的药芯焊丝成分及送丝机构参数进而改变增材成分,可用于对高熵合金增材设计,而且发明对场地以及设备的要求相对较小,本发明能使打印高熵合金材料的成本更低,生产效率更高,而且可以打印大型部件,工艺简单,并且由于快速冷却作用,使材料具有良好的力学性能。
尽管已描述了本发明的优选实施例,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念,则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以,所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (7)
1.一种用于双丝电弧增材制造高熵合金的药芯填充丝,其特征在于,包括药芯填充丝1和药芯填充丝2;药芯填充丝1和药芯填充丝2均由外皮和芯部药粉组成。
药芯填充丝1外皮采用304不锈钢外皮,其芯部粉末各元素成分按质量百分比为:金属钴粉的质量百分比为40%~80%,金属铝粉的质量百分含量为20%~60%。
药芯填充丝2外皮采用镍基625外皮,其芯部粉末各元素成分按质量百分比为:金属铜粉的质量百分比为0~100%,金属锰粉的质量百分比为0~100%;
药芯填充丝1的芯部粉末填充率为40wt.%~50wt.%,药芯填充丝2的芯部粉末填充率为20wt.%~30wt.%。
2.按照权利要求1所述的一种用于双丝电弧增材制造高熵合金的药芯填充丝,其特征在于,药芯填充丝1中粉末粒径为400~600目,药芯填充丝2中粉末粒径为100~200目。
3.按照权利要求1所述的一种用于双丝电弧增材制造高熵合金的药芯填充丝,其特征在于,药芯填充丝2中铜和锰均不为0。
4.采用权利要求1所述的药芯填充丝进行电弧增材制造高熵合金的工艺方法,其特征在于,采用的系统由固定设备的工作台、三维运动机构、焊接结构、送丝结构、运动控制结构、保护气结构组成;工作台固定于三维运动机构XY轴所在平面上,工作台上包括有夹具,用于固定基板以保证工作过程中基板的热稳定;
所述三维运动机构中X轴Y轴Z轴三轴相互垂直,Z轴与焊接结构焊枪相连接,可控制焊枪在Z轴方向上移动;X轴和Y轴固定于工作台下,可承载工作台在XY轴平面内移动;三轴末端均与运功控制结构相连接,用于接收控制中心信号;
所述焊接结构由焊枪和焊机及若干连接线组成;焊枪固定于Z轴上随Z轴移动,焊枪与焊机相连用于接收以电弧为热源对焊丝进行加热的信号,焊机用于控制起弧熄弧和电流,控制电流范围在150A~200A;
所述送丝机构由送丝管和送丝机及若干焊丝组成。送丝管固定在Z轴上随Z轴一起运动,其末端正对焊枪钨极底部3~5mm,送丝管与XZ轴所在平面呈20~40度,与XY轴所在平面呈15~30度,两个送丝管分别对应药芯填充丝1和药芯填充丝2且相对于XZ轴所在平面对称分布,熔池是由药芯填充丝1和药芯填充丝2加热端共同且同时熔化形成的;送丝机用于控制送丝速度及送丝模式,药芯填充丝1和药芯填充丝2的匀速送丝速度均为1.1m/min~2.5m/min,两组送丝均采用振荡送丝模式;
控制器设定焊接速度为120mm/min~180mm/min。
5.按照权利要求4所述的方法,其特征在于,保护气机构由储气罐和喷气系统组成。储气罐用于储存氩气惰性气体。喷气系统与焊机相连接,再由焊机连接到焊枪末端,可通过气压表设定气流量为10~15L/min,用于局部降温以及隔绝空气。
6.按照权利要求4所述的方法,其特征在于,基底为Q235钢板,所述的电弧采用钨极氩弧焊TIG焊。
7.按照权利要求4所述的方法,其特征在于,具体包含以下步骤:
1)将基板表面进行打磨去除氧化层,并用酒精清洗表面;
2)待清洁完毕后,使用夹具将基板固定在工作台上;
3)将预制作的双丝分别装入送丝机构,通过预实验以及计算对设备内置程序控制各机构进行参数设定,所述的参数包括三维运动平台运行速度、送丝速度、焊接电流以及保护气流量;
4)参数设定完成后,将焊枪钨极前端调整到距离基板3~5mm,并将焊枪的路径程序导入三维运动平台控制器,由三维运动控制器按照预先设定的运行速度控制三轴运动;
5)设定完成后,启动保护气系统,并通过检测确定保护气系统均匀输出保护气,且输出参数符合设定参数;
6)所有参数、程序准备完成后,运行程序,设备启动预热,设备预热完成后开始打印;
7)焊接机构、双送丝机构以及保护气系统联动使焊枪在基板上水平移动进行第一层的制造,一层制造完成后,移开焊接机构以及送丝机构,并启动角磨机构对工件进行打磨,去除氧化层;
8)打磨完成后,再次进行第二层制造,并循环;
9)等待打印件冷却后,取下打印件,得到高熵合金制件。
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Citations (6)
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US20140027413A1 (en) * | 2012-07-26 | 2014-01-30 | General Electric Company | Dual-wire hybrid welding system and method of welding |
CN108326427A (zh) * | 2018-03-09 | 2018-07-27 | 石家庄铁道大学 | 一种高熵合金双电弧熔丝协同增材制造的方法 |
CN110091035A (zh) * | 2019-06-03 | 2019-08-06 | 河北科技大学 | 一种高熵合金增材制造装置及增材制造方法 |
CN112894075A (zh) * | 2021-01-18 | 2021-06-04 | 温州大学 | 一种多丝等离子弧增材制造高熵合金设备及制造高熵合金的方法 |
CN112894076A (zh) * | 2021-01-18 | 2021-06-04 | 温州大学 | 一种双丝电弧增材制造梯度高熵合金设备及高熵合金的制造方法 |
CN114990406A (zh) * | 2022-04-18 | 2022-09-02 | 温州大学 | 一种高强度Al-Co-Cr-Fe-Ni高熵合金及其制备方法 |
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Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20140027413A1 (en) * | 2012-07-26 | 2014-01-30 | General Electric Company | Dual-wire hybrid welding system and method of welding |
CN108326427A (zh) * | 2018-03-09 | 2018-07-27 | 石家庄铁道大学 | 一种高熵合金双电弧熔丝协同增材制造的方法 |
CN110091035A (zh) * | 2019-06-03 | 2019-08-06 | 河北科技大学 | 一种高熵合金增材制造装置及增材制造方法 |
CN112894075A (zh) * | 2021-01-18 | 2021-06-04 | 温州大学 | 一种多丝等离子弧增材制造高熵合金设备及制造高熵合金的方法 |
CN112894076A (zh) * | 2021-01-18 | 2021-06-04 | 温州大学 | 一种双丝电弧增材制造梯度高熵合金设备及高熵合金的制造方法 |
CN114990406A (zh) * | 2022-04-18 | 2022-09-02 | 温州大学 | 一种高强度Al-Co-Cr-Fe-Ni高熵合金及其制备方法 |
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