[发明专利]一种适用于镁合金的搅拌摩擦辅助电弧熔丝增材制造方法

说明书

本发明提供了一种适用于镁合金的搅拌摩擦辅助电弧熔丝增材制造方法，包括如下步骤：(1)试验前对镁合金基材进行表面打磨处理，然后用酒精进行清洗，再烘干，去除镁合金基材表面的氧化膜和油污；(2)将镁合金基材置于真空室内的焊接夹具上进行装夹固定；(3)调整镁合金焊丝与镁合金基材之间的夹角α₁以及搅拌头与焊枪之间的中心距d₄；(4)对真空室进行抽真空；(5)对待焊接镁合金基材进行预热处理；(6)按照设定的工艺参数进行焊接；(7)检验与分析。该方法中引入了真空环境和搅拌头，提高了电弧增材制造镁合金结构件的效果，既能有效改善电弧增材制造层的组织及性能，又能有效细化晶粒并消除增材制造过程中形成的气孔和裂纹等缺陷。

技术领域

本发明涉及一种适用于镁合金的搅拌摩擦辅助电弧熔丝增材制造方法，属于镁合金结构件的制备技术领域。

背景技术

本部分的描述仅提供与本说明书公开相关的背景信息，而不构成现有技术。

镁在地球上的矿产资源较为丰富，而且中国是世界上镁矿资源储量最丰富的国家。镁及镁合金具有密度小、弹性模量低、良好的机械加工能力、导电及导热性能良好、优异的电磁屏蔽及抗蠕变性能等优点，在航空航天、交通工具、仪器仪表以及国防军工等领域的应用日益扩大。此外，镁合金易于回收再利用，被称作“21世纪的绿色工程材料”。然而，由于镁合金的熔点低、化学性质活泼，在焊接过程中易于发生烧损、挥发和气孔等缺陷，因此镁合金结构件的焊接并不容易实现。

电弧增材制造技术是将电弧作为高能热源，将金属丝材熔化，按照设定的工艺参数进行由“线-面-体”逐渐堆积出金属零件的先进制造技术。电弧增材制造技术不仅具有无需模具、整体制造周期短、柔性化程度高、材料利用率高、生产成本低和对零件尺寸限制少等优点。电弧增材制造技术能够制造铝合金和镁合金等对激光反射率较高的材质。但是单纯采用电弧增材制造镁合金结构件时，随着堆积层数的增加，堆积层热积累严重，散热条件不佳，容易出现熔池过热、堆焊层凝固组织晶粒粗大等问题，还可能出现常见熔焊缺陷(如气孔、夹杂和热裂等)，难以获得高性能的镁合金结构件。

针对上述问题，在申请公布号为CN113102861A、申请公布日为2021.07.13的发明专利申请中公开了一种具有随焊超声振动和碾压特征的电弧增材制造方法，该方法虽然在一定程度上改善了电弧增材制造堆积层的组织和性能，但仍然存在熔池金属氧化的问题，未能够彻底解决空气中的氧与活泼金属镁发生反应的问题。

在授权公告号为CN106363173B、授权公告日为2018.05.25的发明专利中公开了一种超声波辅助激光增材制造的装置及其实现方法，该专利提出的方法虽然在一定程度上减少了气孔缺陷，提高了焊缝质量，但仍然存在激光设备结构复杂、成本高和不适合制备铝合金和镁合金等对激光反射率较高的材料。

在授权公告号为CN111215843B、授权公告日为2021.08.06的发明专利中公开了一种电弧送丝增材斜辊组合轮热碾压制造方法及装置，该方法中的热碾压设备采用焊后多次碾压，且未能考虑在哪个阶段对焊缝进行碾压。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本说明书的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本说明书的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

发明内容

本发明要解决的技术问题，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种适用于镁合金的搅拌摩擦辅助电弧熔丝增材制造方法，该电弧增材制造方法中引入了真空环境和搅拌头，提高了电弧增材制造镁合金结构件的效果，既能有效改善电弧增材制造层的组织及性能，又能有效细化晶粒并消除增材制造过程中形成的气孔和裂纹等缺陷。

本方案是通过如下技术措施来实现的：一种适用于镁合金的搅拌摩擦辅助电弧熔丝增材制造方法，它包括如下步骤：