本發(fā)明屬于快速成型領(lǐng)域。更具體地說，本發(fā)明涉及一種用電弧增材制造鋁合金多層單道閉合結(jié)構(gòu)件的方法。

背景技術(shù)：

隨著航空航天和國防軍工等關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域?qū)χ旅芙饘倭慵男阅?、精度、制造成本和制造周期的要求日趨苛刻，采用增材制造技術(shù)直接成形金屬零件成為研究熱點(diǎn)。鋁合金材料已廣泛應(yīng)用于航空航天產(chǎn)品制造，可有效減輕產(chǎn)品重量，提高產(chǎn)品飛行性能。目前對于鋁合金產(chǎn)品主要采用鑄造技術(shù)和機(jī)械加工方法，傳統(tǒng)方法雖然能滿足加工精度的要求，但存在機(jī)械加工難度大、工序繁瑣復(fù)雜、材料利用率低、生產(chǎn)成本高、生產(chǎn)周期長等缺點(diǎn)。實際研制生產(chǎn)中有時需要對產(chǎn)品進(jìn)行反復(fù)設(shè)計驗證，產(chǎn)品尺寸、結(jié)構(gòu)等隨時需要更改，利用傳統(tǒng)的加工方法不僅成本大幅增加，生產(chǎn)周期必然會嚴(yán)重延長。同時由于鑄造零件中存在較多宏觀缺陷以及成分偏析，直接影響到機(jī)加、焊接等后續(xù)加工?，F(xiàn)有的制造組合很難滿足新型產(chǎn)品快改形的研制生產(chǎn)和進(jìn)度。

在快速成型領(lǐng)域，以電弧為熱源的金屬零件增材制造技術(shù)具有設(shè)備簡單、材料利用率高、生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)周期短、冶金結(jié)合性能好、化學(xué)成分均勻等優(yōu)點(diǎn)，十分適合航空航天領(lǐng)域小批量快改形的產(chǎn)品研制生產(chǎn)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個目的是解決至少上述問題，并提供至少后面將說明的優(yōu)點(diǎn)。

采用本發(fā)明提供的方法可實現(xiàn)薄壁艙段類鋁合金產(chǎn)品的快速成型，可大幅降低生產(chǎn)成本、縮短成產(chǎn)周期，獲得冶金結(jié)合性能好、化學(xué)成分均勻的鋁合金結(jié)構(gòu)件。

本發(fā)明提供一種用電弧增材制造鋁合金多層單道閉合結(jié)構(gòu)件的方法，其包括以下步驟：

采用鋁合金金屬絲材作為成形材料，以焊接電弧作為熱源將鋁合金金屬絲材熔化；

焊接裝置在驅(qū)動器驅(qū)動下按預(yù)定成形路徑運(yùn)動同時在基板上堆積成形一層單道的閉合層片，之后焊接裝置抬高預(yù)定高度進(jìn)行下一層堆積，重復(fù)此動作，形成鋁合金多層單道閉合結(jié)構(gòu)件，其中，

所述預(yù)定成形路徑為一閉合回路，所述閉合回路上設(shè)置有至少2個起弧點(diǎn)；

每層堆積和下一層堆積的起弧點(diǎn)不同，且方向相反。

優(yōu)選的是，所述的用電弧增材制造鋁合金多層單道閉合結(jié)構(gòu)件的方法中，所述預(yù)定成形路徑為梯形。

優(yōu)選的是，所述的用電弧增材制造鋁合金多層單道閉合結(jié)構(gòu)件的方法中，所述驅(qū)動器的驅(qū)動方式為直線驅(qū)動或者擺動驅(qū)動。

優(yōu)選的是，所述的用電弧增材制造鋁合金多層單道閉合結(jié)構(gòu)件的方法中，所述焊接裝置的參數(shù)包括：送絲速度為6～8m/min；焊接電流為95～120A；增材速度為7～10mm/s；焊絲為的5B06鋁合金焊絲；直線堆積層寬為6～8mm，擺動堆積層寬為10～12mm；單層高度為1.3～1.8mm。

優(yōu)選的是，所述的用電弧增材制造鋁合金多層單道閉合結(jié)構(gòu)件的方法中，所述驅(qū)動器的擺動頻率為3～7Hz，振幅為3～5mm，波峰停留時間為0.1～0.3s，波谷停留時間為0.1～0.3s。

優(yōu)選的是，所述的用電弧增材制造鋁合金多層單道閉合結(jié)構(gòu)件的方法中，采用99.99％高純氬氣進(jìn)行正面保護(hù)，氣體流量為18～20L/min。

優(yōu)選的是，所述的用電弧增材制造鋁合金多層單道閉合結(jié)構(gòu)件的方法中，所述基板為厚度為22mm的5A06鋁合金板材；堆積前將所述基板進(jìn)行酸洗，并將表面打磨平整并用丙酮擦拭干凈。

優(yōu)選的是，所述的用電弧增材制造鋁合金多層單道閉合結(jié)構(gòu)件的方法中，靠近所述基板的三層堆積采用脈沖模式(以下簡稱C+P模式)堆積打底，其余部分選用變極性脈沖模式(以下簡稱C+P+A模式)堆積。

本發(fā)明提供一種用電弧增材制造鋁合金多層單道閉合結(jié)構(gòu)件的方法，其包括以下步驟：采用鋁合金金屬絲材作為成形材料，以焊接電弧作為熱源將鋁合金金屬絲材熔化；焊接裝置在驅(qū)動器驅(qū)動下按預(yù)定成形路徑運(yùn)動同時在基板上堆積成形一層單道的閉合層片，之后焊接裝置抬高預(yù)定高度進(jìn)行下一層堆積，重復(fù)此動作，形成鋁合金多層單道閉合結(jié)構(gòu)件，其中，所述預(yù)定成形路徑為一閉合回路，所述閉合回路上設(shè)置有至少2個起弧點(diǎn)；每層堆積和下一層堆積的起弧點(diǎn)不同，且方向相反。本發(fā)明設(shè)備簡單、材料利用率可達(dá)到100％，降低生產(chǎn)成本、縮短生產(chǎn)周期；其成形零件由全焊縫金屬組成，致密度高，冶金結(jié)合性能好，化學(xué)成分均勻，力學(xué)性能可達(dá)到或超過同成分鑄件水平。

本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對本發(fā)明的研究和實踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的用電弧增材制造鋁合金多層單道閉合結(jié)構(gòu)件的方法的一個實施例中的預(yù)定成形路徑的示意圖；

圖2為本發(fā)明提供的用電弧增材制造鋁合金多層單道閉合結(jié)構(gòu)件的方法的一個實施例的鋁合金多層單道閉合結(jié)構(gòu)件的縱向剖面示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實施。

應(yīng)當(dāng)理解，本文所使用的諸如“具有”、“包含”以及“包括”術(shù)語并不配出一個或多個其它元件或其組合的存在或添加。

本發(fā)明提供一種用電弧增材制造鋁合金多層單道閉合結(jié)構(gòu)件的方法，其包括以下步驟：

采用鋁合金金屬絲材作為成形材料，以焊接電弧作為熱源將鋁合金金屬絲材熔化；

焊接裝置在驅(qū)動器驅(qū)動下按預(yù)定成形路徑運(yùn)動同時在基板上堆積成形一層單道的閉合層片，之后焊接裝置抬高預(yù)定高度進(jìn)行下一層堆積，重復(fù)此動作，形成鋁合金多層單道閉合結(jié)構(gòu)件，其中，

所述預(yù)定成形路徑為一閉合回路，所述閉合回路上設(shè)置有至少2個起弧點(diǎn)；

每層堆積和下一層堆積的起弧點(diǎn)不同，且方向相反。

所述的用電弧增材制造鋁合金多層單道閉合結(jié)構(gòu)件的方法中，所述預(yù)定成形路徑為梯形。

所述的用電弧增材制造鋁合金多層單道閉合結(jié)構(gòu)件的方法中，所述驅(qū)動器的驅(qū)動方式為直線驅(qū)動或者擺動驅(qū)動。

所述的用電弧增材制造鋁合金多層單道閉合結(jié)構(gòu)件的方法中，所述焊接裝置的參數(shù)包括：送絲速度為6～8m/min；焊接電流為95～120A；增材速度為7～10mm/s；焊絲為的5B06鋁合金焊絲；直線堆積層寬為6～8mm，擺動堆積層寬為10～12mm；單層高度為1.3～1.8mm。

所述的用電弧增材制造鋁合金多層單道閉合結(jié)構(gòu)件的方法中，所述驅(qū)動器的擺動頻率為3～7Hz，振幅為3～5mm，波峰停留時間為0.1～0.3s，波谷停留時間為0.1～0.3s。

所述的用電弧增材制造鋁合金多層單道閉合結(jié)構(gòu)件的方法中，采用99.99％高純氬氣進(jìn)行正面保護(hù)，氣體流量為18～20L/min。

所述的用電弧增材制造鋁合金多層單道閉合結(jié)構(gòu)件的方法中，所述基板為厚度為22mm的5A06鋁合金板材；堆積前將所述基板進(jìn)行酸洗，并將表面打磨平整并用丙酮擦拭干凈。

所述的用電弧增材制造鋁合金多層單道閉合結(jié)構(gòu)件的方法中，靠近所述基板的三層堆積采用C+P模式堆積打底，其余部分選用C+P+A模式堆積。

如圖1所示，在預(yù)定成形路徑上設(shè)置4個起弧點(diǎn)，分別為梯形四條邊的中點(diǎn)，其中箭頭方向為堆積的方向，每層堆積完成，改變起弧點(diǎn)并反向運(yùn)行進(jìn)行下一層堆積，以此來避免堆積過程中起弧點(diǎn)高度累積造成成形不均勻的情況。

焊接裝置為5000i型CMT焊機(jī)，驅(qū)動器為六軸機(jī)械臂，堆焊過程中可通過調(diào)整工藝參數(shù)來改變壁厚和不同壁厚之間的過度方式。

實施例1：直壁等厚5B06鋁合金薄壁結(jié)構(gòu)件電弧增材制造

具體實施方法為：焊接電流95A，送絲速度6m/min，堆積速度8mm/s；焊絲直徑為ф1.2mm5B06鋁合金；層高1.3mm,層厚1.6mm，由200層矩形件堆積形成；底部三層打底增材選用C+P模式，上部增材過程選用C+P+A模式；增材過程采用99.9％高純氬氣進(jìn)行正面保護(hù)；機(jī)械臂運(yùn)行方式為直線運(yùn)行；起弧點(diǎn)為矩形四條邊的中點(diǎn)，每完成一層增材，焊槍抬高1.3mm，改變起弧點(diǎn)進(jìn)行下一層堆積，層與層之間的堆積方向相反，如此往復(fù)形成高260mm，寬200mm，壁厚8mm的鋁合金矩形閉合結(jié)構(gòu)件。

實施例2：直壁不等厚5B06鋁合金結(jié)構(gòu)件電弧增材制造

此結(jié)構(gòu)件為上、中、下三個區(qū)域三種壁厚、兩種不同壁厚過渡方式的梯形直壁結(jié)構(gòu)件。如圖2所示，其中底部壁厚12mm，中部壁厚8mm，上部壁厚12mm。

具體步驟為：

將經(jīng)過酸洗的400mm×400mm×22mm基板打磨平整用丙酮擦拭干凈后固定在工作臺上，保證其水平；

采用99.99％高純氬氣進(jìn)行正面保護(hù)，氣體流量為：18～20L/min，預(yù)通氣時間5s；

進(jìn)行底部三層的打底堆積。模式為C+P，堆積方式為擺動堆積(頻率7Hz，振幅3mm，波峰停留時間0.1s，波谷停留時間0.1s)；焊接電流100A，送絲速度6.5m/min，堆積速度7mm/s。每完成一層堆積，焊槍抬高1.6mm，改變起弧點(diǎn)進(jìn)行下一層堆積，層與層之間堆積方向相反，以此完成3層打底堆積。

打底完成后采用C+P+A模式進(jìn)行下部區(qū)域增材。此區(qū)域堆積方式為擺動堆積(頻率7Hz，振幅3mm，波峰停留時間0.1s，波谷停留時間0.1s)；焊接電流100A，送絲速度6.5m/min，堆積速度7mm/s。每完成一層堆積，焊槍抬高1.6mm，改變起弧點(diǎn)進(jìn)行下一層堆積，層與層之間堆積方向相反。如此往復(fù)，完成27層下部區(qū)域堆積，高度為48mm。

將焊槍抬高1.3mm同時向內(nèi)偏移1.5mm采用C+P+A模式開始進(jìn)行中部區(qū)域堆積，堆積方式為直線堆積，焊接電流95A，送絲速度6m/min，堆積速度8mm/s；焊絲直徑為1.2mm的5B06鋁合金；層高1.3mm,層厚1.6mm；每完成一層堆積，焊槍抬高1.3mm，改變起弧點(diǎn)進(jìn)行下一層堆積，層與層之間堆積方向相反；如此往復(fù)，完成138層中部區(qū)域堆積，高度為220.8mm。

將焊槍抬高1.6mm開始進(jìn)行上部區(qū)域堆積，堆積方式與下部相同?？倢訑?shù)20層，高度32mm。

盡管本發(fā)明的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運(yùn)用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域，對于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細(xì)節(jié)和這里示出與描述的圖例。