[发明专利]辅丝作用下钨-丝电弧增材制造装置与方法

说明书

本发明提供一种辅丝作用下钨‑丝电弧增材制造装置与方法，所述装置中送丝机用于输送金属丝，金属丝另一端与导丝嘴连接；第二导丝嘴和焊枪分别与电弧增材制造电源的正负极连接，主丝与焊枪两者之间产生电弧；主丝用于大量熔丝，制造成形件的基体部分，辅丝位于主丝与焊枪之间，用于消耗电弧热量，提高增材制造过程的堆积效率或制备金属间化合物构件和功能梯度材料。本发明方法通过调节工艺参数，确定不同设备的位置，得到稳定的电弧形态，对辅丝送丝时间的调整确保堆积层的成形质量，在不更换金属丝的情况下，可实现成分的连续调节；本发明有效解决了传统电弧增材制造过程中堆积层过度损伤，且堆积效率不高这一技术难题。

技术领域

本发明属于金属构件增材制造技术领域，具体涉及一种辅丝作用下钨-丝电弧增材制造装置与方法。

背景技术

电弧增材制造是以焊接电弧作为热源、金属丝材作为填充材料，逐层逐道堆积以获得三维实体零部件的一种技术，该技术具有材料利用率高、生产效率高、设备成本低等优点。

目前，电弧增材制造技术主要有熔化极气体保护电弧增材制造(Gas Metal ArcAdditive Manufacturing，GMA-AM)、钨极惰性气体电弧增材制造(Gas Tungsten ArcAdditive Manufacturing，GTA-AM)和等离子体弧增材制造(Plasma Arc AdditiveManufacturing，PA-AM)。传统电弧增材制造过程中，电弧建立于电极与金属构件之间，电弧不仅用于熔化填充丝材而且直接作用于堆积层，因此对堆积层的热损伤大，甚至造成熔池金属流淌，金属构件无法成形，另一方面，严重的热积累也会导致成形件组织粗大且性能恶化。目前解决这一问题的主要方法有：(1)增加层间冷却时间；(2)采用小电流堆积工艺；(3)在基板底部通入冷却液或使用冷却气体对堆积层进行强制冷却。尽管以上方法对于降低堆积层的热损伤具有明显效果，但是采用方法(1)或方法(2)，易导致成形件的堆积效率降低，而采用方法(3)，则制造成本显著提高。

中国专利申请号：200810064456.9名为“钨极-熔化极间接电弧焊的装置及其焊接方法”提出了一种间接电弧的焊接装置及方法，将钨极焊枪与熔化极焊枪分别与GTA电源的正负极相连，电弧在钨极与焊丝之间产生，该方法解决了传统电弧焊对母材热输入过大、焊缝熔覆率低、稀释率高的问题，但是该方法用于增材制造领域时，其堆积效率较低、无法实现成分的连续调控或制备金属间化合物。因此，仍需对现有方法进行改进。

中国专利申请号：201710855161.2名为“用于梯度材料制造的辅助填丝GMA增材制造装置及方法”提供了一种在GMA-AM基础上，添加两根辅助焊丝以制备梯度材料的方法，该方法通过两根辅助焊丝消耗电弧的能量，从而减小对堆积层的热输入，同时可以实现堆积层成分的连续调节，但是该方法中产生的电弧仍然直接作用于堆积层，对堆积层的损伤较严重，电弧有效热量分配不合理。因此有必要提出一种新方法，以解决传统电弧增材制造过程中堆积层过度损伤，且堆积效率不高这一技术难题。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于解决传统电弧增材制造过程中堆积层过度损伤，且堆积效率不高这一技术难题，在电弧增材制造的基础上提供一种辅丝作用下钨-丝电弧增材制造装置与方法。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：

一种辅丝作用下钨-丝电弧增材制造装置进行增材制造的方法，包括以下步骤：

步骤一：根据待加工金属构件的几何结构进行堆积路径和工艺参数规划，选择试验所需金属丝材质，工艺参数包括堆积电流I、焊接速度v、保护气流量L、第一金属丝5a的送丝速度v₁、第二金属丝5b的送丝速度v₂；