一種單道電弧擺動增材成形大壁厚鋁合金結構件的方法與流程

2023-05-27 03:51:36

本發明屬於增材製造領域，具體涉及一種單道電弧擺動增材成形大壁厚鋁合金結構件的方法。

背景技術：

隨著新一代武器裝備的發展，研製裝備周期顯著縮短，由10年縮短到5年左右。且與以往相比，結構變得更加複雜，多為骨架、端框類結構，此類結構多採用鑄造/機加與鍛造/機加等傳統工藝製備，需加工專用模具，工藝流程長、周期長，材料利用率低、研製生產成本高，難以適應研製型號產品複雜多變、低成本、快速響應的要求，對快速、高效的先進位造工藝技術提出了迫切需求，來適應多品種、小批量和短周期的武器裝備研製需要。

隨著航空航天、軌道交通等重要領域對金屬結構件的性能、精度、生產周期和生產成本的要求日趨苛刻，採用增材製造技術直接成形金屬零件成為研究熱點。

增材製造技術基於離散－堆積原理，通過既定熱源對金屬材料的逐層熔化，沉積生長，直接由三維模型近淨成形高性能結構件，是未來結構件先進位造發展的重要方向。其中，電弧增材製造技術具有設備成本低且運行穩定、沉積效率高、近淨成形等特點，有著高效、低成本及短周期等優勢，十分適合航空航天等領域小批量、多品種產品的快速、低成本研製生產。

技術實現要素：

本發明解決的技術問題是：多道搭接成形大壁厚鋁合金結構件電弧增材過程中可能會存在道間搭接力學性能不良等問題，這樣會導致整個結構件的報廢，將嚴重影響研製生產進度，生產成本也大幅升高。本發明提出一種單道電弧擺動增材成形大壁厚鋁合金結構件的方法，採用本方法單道成形鋁合金構件的壁厚最大可達12-20mm，熔池凝固時間增長，熔池內部氣體含量減少，使成形構件性能得到提高，也避免了多道搭接時道間性能不足的問題，研製周期及生產成本均得到降低。

本發明技術方案為：一種單道電弧擺動增材成形大壁厚鋁合金結構件的方法，步驟如下：

1)通過試驗得到成形該構件所需的成形工藝參數及機械臂擺動參數；

2)將經過酸洗的基板打磨平整並用無水乙醇或丙酮擦拭乾淨後固定在工作平臺上，保證其水平；

3)規劃好成形路徑後，按照預定軌跡及成形參數與機械臂擺動參數完成鋁合金結構件的增材。

採用的機械臂擺動參數為：擺動頻率5-10hz；擺動振幅2-6mm；左右擺動端點處停留時間0.050-0.150s。

所選用的基板是厚度為20mm的5a06鋁合金。

鋁合金結構件原材料選取0.8mm、1.2mm和1.6mm的5b06鋁合金焊絲。

增材過程中的送絲速度為6～10m/min；焊接電流為：95～140a；焊接速度為：7～12mm/s；單道焊縫的寬度為6-10mm，高度為1.3～1.8mm。

增材過程中採用99.999％高純氬進行正面保護，氣體流量為：18～20l/min。

均採用c+p模式，即冷金屬過渡+脈衝模式，底部三層採用較成形電流大20-60a左右的焊接電流打底，上部採用成形工藝參數按規劃路徑堆積得到實體。

本發明與現有技術相比的優點在於：

本發明所提出的機械臂擺動的方法單道電弧增材成形鋁合金結構件，採用cmt焊機提供熱源配合機械臂不同的擺動參數可實現不同壁厚鋁合金結構件的電弧增材製造，其優點在於：熔池凝固時間增長，熔池內部氣體含量減少，使成形構件性能得到提高，也避免了多道搭接時道間性能不足的問題，研製周期及生產成本均得到降低。

附圖說明

圖1為本發明所述電弧增材矩形結構件剖面示意圖；

圖2為本發明所述機械臂擺動路徑示意圖。

具體實施方式

本發明一種單道電弧擺動增材成形大壁厚鋁合金結構件的方法，步驟如下：

1)通過試驗得到成形該構件所需的成形工藝參數及機械臂擺動參數；

2)將經過酸洗的基板打磨平整並用無水乙醇或丙酮擦拭乾淨後固定在工作平臺上，保證其水平；

3)規劃好成形路徑後，按照預定軌跡及成形參數與機械臂擺動參數完成鋁合金結構件的增材。

採用的機械臂擺動參數為：擺動頻率5-10hz；擺動振幅2-6mm；左右擺動端點處停留時間0.050-0.150s。

所選用的基板是厚度為20mm的5a06鋁合金。

鋁合金結構件原材料選取0.8mm、1.2mm和1.6mm的5b06鋁合金焊絲。

增材過程中的送絲速度為6～10m/min；焊接電流為：95～140a；焊接速度為：7～12mm/s；單道焊縫的寬度為6-10mm，高度為1.3～1.8mm。

增材過程中採用99.999％高純氬進行正面保護，氣體流量為：18～20l/min。

均採用c+p模式，即冷金屬過渡+脈衝模式，底部三層採用較成形電流大20-60a左右的焊接電流打底，上部採用成形工藝參數按規劃路徑堆積得到實體。

下文通過實例對本發明的具體方法進行闡述：

實例：單道擺動電弧增材成形15mm厚5b06矩形鋁合金結構件

具體實施方法為：如圖1所示，要求製造的矩形鋁合金結構件壁厚15mm，長、寬和高分別為400mm、200mm和400mm，考慮採用單道擺動電弧增材成形。採用的原材料為ф1.2mm5b06鋁合金焊絲；先通過試驗摸索得到一組合適的成形工藝參數：焊接電流120a、送絲速度7m/min、焊接速度8mm/s；擺動參數：頻率6hz、振幅5mm、左右側停留時間0.10s；此組工藝參數下，單道焊縫寬度17mm，高度1.3mm；將經過酸洗的基板打磨平整並用無水乙醇或丙酮擦拭乾淨後固定在工作平臺上，保證其水平；在基板上選取合適位置進行打底，打底參數：焊接電流159a、送絲速度9m/min、焊接速度10mm/s；打底完成後，改用成形工藝參數進行實體部分堆積。圖2所示為機械臂擺動路徑示意圖。