[发明专利]一种第三相增强金属基复合材料电弧增材制造方法及设备

说明书

本发明公开了一种第三相增强金属基复合材料电弧增材制造方法及设备，它包括以下步骤：步骤一：焊接参数选择及其它设备的准备；步骤二：建模和机器人编程；步骤三：堆焊前材料处理；步骤四：堆焊成形；步骤五：成形零件处理。克服现有第三相增强金属基复合材料电弧增材制造存在的问题，从而获得优质的金属基复合材料，该方法可用于多个工程领域。

技术领域

本发明涉及第三相增强金属基复合材料和增材制造领域，特别是一种采用螺杆输送非金属材料的电弧堆焊制造第三相增强金属基复合材料零件的方法。

背景技术

增材技术制造第三相增强金属基复合材料零件的技术具有低成本、高效率、短流程等特点。第三相增强金属基复合材料兼具金属材料和非金属材料的某些特性，从而显示出不同于基体金属的物理特性和机械性能。常用的第三相增强金属基复合材料的传统制备方法有电弧熔积法、粉末冶金法、铸造法、真空压力浸渍法。

现有电弧熔积法制造第三相增强基复合材料零件是采用保护气体喷射法向金属熔池区域加入第三相非金属粉末并逐层堆积制造增强基复合材料，但该制造过程存在一些问题，因保护气体喷射法容易使非金属粉末产生飞溅，所以非金属粉末利用率低、送粉量难以精密控制，不仅如此，还导致粉末只附着于熔池表面，难以进入熔池内部与金属基体形成深层的混合，对零件的使役性能造成严重影响。

发明内容

本发明的目的是克服现有第三相增强金属基复合材料电弧增材制造存在的问题，提供一种采用螺杆输送非金属粉末电弧熔积制造第三相增强金属基复合材料零件的设备及方法，从而获得优质的金属基复合材料，该方法可用于多个工程领域。

为了解决上述技术问题，本发明提出以下技术方案：一种第三相增强金属基复合材料电弧增材制造方法，它包括以下步骤：

步骤一：焊接参数选择及其它设备的准备；

步骤二：建模和机器人编程；

步骤三：堆焊前材料处理；

步骤四：堆焊成形；

步骤五：成形零件处理。

所述步骤一的具体操作为：选定堆焊形式，熔化极氩气气体保护电弧熔积即TIG或者钨极氩气气体保护电弧熔积即MIG；根据金属基材料、第三相增强基材料、目标材料特性设置焊机焊接参数，选择送粉器接头；固定金属基板，将焊枪、金属焊丝送丝机构、小型螺杆送粉器分别安装在机器人手臂上。

所述步骤一的焊接参数包括：焊接电流、焊接速度，金属焊丝的送丝速度，氩气保护气体流量、送粉器螺杆转速，以上参数均可根据实际情况调节。

所述步骤二的具体操作为：使用CAD软件建立零件三维模型并导入切片软件，根据焊接材料及焊接环境对零件的CAD模型进行分层，规划堆焊路径，获得机器人运动和送丝速度的编程代码，并将代码录入机器人。

所述步骤三的具体操作为：堆焊前对金属基板进行预处理，使其满足堆焊的条件，并根据目标复合材料的不同，选择第三相非金属粉末增强基，使用研磨和烘干的方法对非金属粉末进行处理。

所述步骤四的具体操作为：通过焊丝送丝机构调整焊丝送丝位置和送丝角度，通过小型送粉器调整送粉位置及其送粉角度；

开启电弧进行堆焊，当采用MIG法时焊丝送丝机构将焊丝经由焊枪内部送至等离子弧的弧柱区域，当采用TIG法时焊丝送丝机构将焊丝经焊枪侧方送至等离子弧的弧柱区域，并将焊丝置于电弧正下方，金属焊丝融化形成熔池，送粉机构向熔池输送粉末；

机器人在程序的控制下驱动焊枪按照既定轨迹进行逐层堆积，程序运行结束后，获得第三相增强的金属基复合材料零件。

所述步骤五的具体操作为：检查成形零件缺陷，根据所用材料特性，选择合适的热处理方法或对其进行切削加工，提高零件的尺寸精度和力学性能。