[发明专利]一种脉冲电子束控制金属熔滴过渡的增材制造方法

说明书

本发明提供一种脉冲电子束控制金属熔滴过渡的增材制造方法，具体是通过采用一把电子枪分时输出基值束流与峰值束流，避免了采用两个电子枪分别输出脉冲束流与连输束流的技术难度，使设备成本大幅降低；并且在基值束流时间段采用较小的基值束流并通过电子束扫描方式加热匀速送进丝材，在峰值束流时间段，采用较大电子束流沿丝材送进方向扫描加热金属丝端部分丝材并使其熔化，在峰值束流时间段后期改变电子束扫描波形，使电子束扫描垂直于丝材送进方向，加速金属熔滴与丝端分离过程，从而可以在熔丝成形工艺过程中减少热输入，降低成形零件内部应力，抑制变形。

技术领域

本发明涉及电子束增材制造技术领域，特别是涉及一种脉冲电子束控制金属熔滴过渡的增材制造方法。

背景技术

电子束熔丝成形技术具有成形效率高、成形质量好，制备大型复杂金属结构优势明显等特点，应用前景良好。常用热阴极轴侧送丝的电子束熔丝增材制造技术在国内外都有大量研究报道，采用该技术研制的一些钛合金零部件已经在航空航天领域得到装机应用。

为了进一步提高电子束熔丝成形零部件的加工质量，获得优异的组织性能，现有技术中，出现了两种能够进一步提高电子束熔丝成形质量的技术。第一种，专利201811291854.4中采用电阻加热系统对需要熔化的丝材进行预热，以实现改变材料内部应力分布，从而达到减少基板变形的目的；第二种，专利201610842124.3中采用两束电子束，其中一束用于熔化丝材进行成形的主电子束，另一束用于冲击熔池细化晶粒的脉冲电子束，以便减少粗大柱状晶，从而获得晶粒细化的微观组织，进一步提高成形质量。

上述两种电子束成形方式，无论是采用辅助加热系统预热丝材，或采用一束熔丝一束冲击细化晶粒的电子束熔丝方法，都无法从源头上消除成形零件的过度的热输入，无法大幅减小成形零件的变形。而且，专利201610842124.3中采用的两束电子束分别由两把电子枪产生，两把电子枪分别需要独立的加速电源、灯丝加热电源以及偏压电源，不但增加设备成本，而且设备控制复杂程度、难度均增大。

发明内容

本发明实施例提供了一种脉冲电子束控制金属熔滴过渡的增材制造方法，以进一步提高电子束熔丝成形质量，满足大型复杂金属构件高品质制造的需求。

一种脉冲电子束控制金属熔滴过渡的增材制造方法，包括以下步骤：

步骤S100，启动真空系统，并达到设定真空度，通过控制系统设置相关参数，该相关参数包括丝材规格，送丝速度Vs，基值束流Ib，峰值束流Ip，脉冲束流周期T0，以及脉冲束流占空比Db；

步骤S200，启动高压逆变电源，通过送丝系统使金属丝材以送丝速度Vs匀速送进，直到丝端位置与预设值为I0的束流接触；

步骤S300，以基值束流Ib运行电子束，运行时间为Tib，同时启动电子束偏转扫描系统对匀速Vs送进的金属丝材进行预热；

步骤S400，以峰值束流Ip运行电子束，运行时间为Tip1，同时启动电子束偏转扫描系统对匀速Vs送进的金属丝材进行融化，以在丝端形成金属熔滴；

步骤S500，以峰值束流Ip运行电子束，运行时间为Tip2，同时启动电子束偏转扫描系统使得Y向扫描线圈通电，并关闭X向扫描线圈，使得电子束扫描位置集中在金属熔滴与金属丝材的接触位置，以确保金属熔滴在重力和电子束流Ip冲击力的作用下与金属丝材分离并过渡到基材上。

进一步地，峰值束流Ip根据金属丝材的规格、送丝速度Vs以及早期工艺参数试验确定，基值束流Ib＝(1/3～1/2)Ip，预设值I0为10mA；

基值束流Ib的运行时间Tib＝T0×(1-Db)；

峰值束流Ip的运行时间Tip为T0×Db＝Tip1+Tip2，且Tip1≥Tip2。

进一步地，在以基值束流Ib运行电子束，运行时间为Tib时，