[发明专利]改善薄壁件GMA增材制造效率与热积累的方法与装置

说明书

本发明提供一种改善薄壁件GMA增材制造效率与热积累的方法与装置，本发明通过在GMA电源的负极分别并联两套可调电阻，可调电阻的另一端分别与两套导丝系统连接，通过调节可调电阻，将GMA主丝电流分解为堆积层电流与辅丝电流，使流入堆积层的电流小于GMA主丝电流，同时辅丝电流产生的电阻热可对辅丝进行有效预热，金属主丝用于大量熔丝以制造薄壁件基体部分，预热的金属辅丝也会消耗一部分电弧热量用于少量熔丝，本发明同时解决了薄壁件GMA增材制造堆积效率低且热积累严重的技术难题，提高了薄壁件GMA增材制造效率，并减小了堆积过程的热积累。

技术领域

本发明属于金属构件电弧熔丝增材制造技术领域，具体涉及一种改善薄壁件GMA增材制造效率与热积累的方法与装置。

背景技术

电弧熔丝增材制造采用电弧作为热源，金属丝为填充材料，逐层堆积形成全焊缝金属构件。该技术具有材料利用率高、设备成本低、生产效率高等显著优点，非常适用于大尺寸金属构件的制造，因而在航空航天、国防军工等领域具有广阔的应用前景。电弧熔丝增材制造常用的热源为钨极氩弧(Gas Tungsten Arc，GTA)、熔化极气体保护电弧(Gas MetalArc，GMA)和等离子弧(Plasma Arc，PA)。由于熔化的丝材作为电极，GMA增材制造的堆积效率是其他电弧增材效率的2-4倍，同时其丝材与枪体保持同轴，因而以GMA作为增材热源逐渐成为研究热点。

薄壁件是金属构件的一种典型多层单道结构，但是采用GMA增材制造技术成形薄壁件时，存在堆积效率低和热积累严重等显著缺点。为提高薄壁件的堆积效率，常用的策略是增大堆积电流(熔丝速度)，由于薄壁件两侧无金属约束，大电流下形成的熔池稳定性差，甚至出现坍塌，因此薄壁件GMA增材制造时，常采用小的堆积电流，从而降低了堆积效率。另一方面，GMA增材制造热输入大，通过电弧的电流都直接流入堆积层，产生的热量只能通过垂直向下的方式传向基板，故堆积层热积累严重，导致薄壁件晶粒尺寸增大，机械性能恶化。

目前，国内外部分学者提出了相关控制策略以解决上述难题，如堆积层通冷却气体，该方法可降低堆积层的热积累，但是显著增加了系统的复杂性与制造成本，并降低了堆积效率；基板通入循环冷却水虽可降低热积累，但对远离基板的堆积层却难以奏效。因此，有必要提出一种新方法，期待同时解决薄壁件GMA增材制造堆积效率低且热积累严重的技术难题。

发明内容

本发明的目的在于解决薄壁件GMA增材制造堆积效率低且热积累严重这一技术难题，提供了一种改善薄壁件GMA增材制造效率与热积累的方法与装置。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：

一种改善薄壁件GMA增材制造效率与热积累的方法，包括以下步骤：

步骤一：在GMA枪两侧分别安装导丝嘴一与导丝嘴二，GMA枪通过电缆与GMA电源正极连接，可调节电阻一及可调节电阻二的一端分别通过电缆与GMA电源的负极连接，可调节电阻一的另一端通过电缆与导丝嘴一连接，可调节电阻二的另一端通过电缆与导丝嘴二连接，基板通过电缆与GMA电源的负极连接，导丝嘴一、导丝嘴二的轴线与GMA枪的中轴线所成夹角分别为θ₁、θ₂，θ₁与θ₂的范围均为30°-55°，导丝嘴一和导丝嘴二的底面中心到GMA枪底面的垂直距离分别为d₁和d₂，导丝嘴一和导丝嘴二的底面中心到GMA枪的中轴线的水平距离分别为d₃和d₄，d₃与d₄的范围均为3-8mm；