專利名稱：一種鈦合金結(jié)構(gòu)件電弧增材制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于快速成形技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鈦合金結(jié)構(gòu)件的電弧增材制造方法。
背景技術(shù)：
目前對于鈦合金結(jié)構(gòu)件主要采用鑄造技術(shù)和機(jī)械加工方法，傳統(tǒng)方法雖然能滿足產(chǎn)品加工精度的要求，但存在機(jī)械加工難度大、工序繁多復(fù)雜、材料利用率低、生產(chǎn)成本高、生產(chǎn)周期長等缺點(diǎn)。同時(shí)，由于鑄造零件中存在較多宏觀缺陷以及成分偏析，直接影響到機(jī)力口、焊接等后續(xù)加工工序?，F(xiàn)有的制造工藝組合難以滿足新型產(chǎn)品快速研制以及批量生產(chǎn)的進(jìn)度要求。電弧送絲增材制造技術(shù)(Wire+Arc Additive Manufacture-WAAM)是利用電弧堆焊原理將金屬絲材熔化，在計(jì)算機(jī)的控制下直接制造全密度三維金屬零件的工藝方法，十分適合鈦合金結(jié)構(gòu)件的快速成形。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種鈦合金結(jié)構(gòu)件的電弧增材制造方法，其不需專用工、模具，效率高。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案一種鈦合金結(jié)構(gòu)件電弧增材制造方法，所述的鈦合金結(jié)構(gòu)件的截面為環(huán)形，該鈦合金結(jié)構(gòu)件由若干層環(huán)形件堆焊形成；采用電弧送絲增材制造方法進(jìn)行每層環(huán)形件焊接，即送絲裝置送焊絲，焊槍熔化焊絲進(jìn)行焊接，由內(nèi)至外的環(huán)形焊道間依次搭接形成一層環(huán)形件；然后焊槍提高一個層厚，重復(fù)上述焊接方式再形成另一層環(huán)形件，如此往復(fù)，最終由若干層環(huán)形件疊加形成鈦合金結(jié)構(gòu)件；焊接時(shí)相鄰環(huán)形焊道采用相反的施焊方向，上層環(huán)形件的焊接起弧點(diǎn)為下層環(huán)形件的焊接起弧點(diǎn)旋轉(zhuǎn)30、0°后所得。如上所述的一種鈦合金結(jié)構(gòu)件電弧增材制造方法，其所述的焊接電流為250 350A，送絲速度為4 6mm/s，焊絲為Φ I Φ 3mm的Ti6A14V或Ti5A12. 5Sn，焊縫寬度為
1.5 3mm。如上所述的一種鈦合金結(jié)構(gòu)件電弧增材制造方法，其包括如下步驟(I)在基材上選取起弧點(diǎn)，開始第一層第一道圓環(huán)的焊接；(2)完成第一層第一道圓環(huán)焊接后，焊槍向圓環(huán)外側(cè)移動廣2_，開始第一層第二道圓環(huán)的焊接，第一層第二道圓環(huán)的焊接方向與第一層第一道圓環(huán)的焊接方向相反，焊縫間搭接O. 4 O. 8mm ；(3)完成第一層第二道圓環(huán)焊接后，重復(fù)步驟(2)，再完成若干道圓環(huán)焊接，同層相鄰道圓環(huán)焊接采用相反方向；由這些道圓環(huán)組成第一層環(huán)形件，然后進(jìn)行收??；(4)將焊槍的高度升高f 2mm，焊槍運(yùn)動30、0°，在第一層環(huán)形件上選取起弧點(diǎn)，開始第二層第一道圓環(huán)的焊接，第二層第一道圓環(huán)的焊接方向與下面第一層環(huán)形件相應(yīng)道圓環(huán)的焊接方向相反；(5)完成第二層第一道圓環(huán)焊接后，焊槍向圓環(huán)外側(cè)移動廣2_，開始第二層第二道圓環(huán)的焊接，第二層第二道圓環(huán)的焊接方向與第二層第一道圓環(huán)的焊接方向相反，焊縫間搭接O. 4 O. 8mm ；(6)完成第二層第二道圓環(huán)焊接后，重復(fù)步驟(5)，再完成若干道圓環(huán)焊接，同層相鄰道圓環(huán)焊接采用相反方向；由這些道圓環(huán)組成第二層環(huán)形件，然后進(jìn)行收弧；(7)重復(fù)步驟(4)至步驟(6)，再完成若干層環(huán)形件焊接，最終由若干層環(huán)形件組成鈦合金結(jié)構(gòu)件；上述步驟(I)至步驟(7)所述的焊接均為堆焊，電弧送絲增材制造，送絲裝置送焊絲，焊槍熔化焊絲進(jìn)行焊接，電流為25(Γ350Α，送絲速度為r6mm/S，焊絲為Φ Φ 3mm的Ti6A14V 或 Τ 5Α12. 5Sn,焊縫寬度為 I. 5 3_。
如上所述的一種鈦合金結(jié)構(gòu)件電弧增材制造方法，其由10(Γ300若干層環(huán)形件組成鈦合金結(jié)構(gòu)件。如上所述的一種鈦合金結(jié)構(gòu)件電弧增材制造方法，其所述的基材為Q235碳鋼。本發(fā)明的效果在于本發(fā)明采用電弧增材制造方法對鈦合金結(jié)構(gòu)件進(jìn)行成形，可以取得良好的成形質(zhì)量，具有下列優(yōu)點(diǎn)(I)焊接成形結(jié)構(gòu)件的化學(xué)成分均勻，純度高，而且?guī)缀鯚o各向異性；(2)焊接成形件的晶粒尺寸細(xì)小均勻，機(jī)械性能好，能夠達(dá)到或超過同成分鑄件的水平；(3)焊接絲材利用率高，接近100% ；(4)可以實(shí)現(xiàn)零件制造的數(shù)字化、智能化和并行化；(5)相比傳統(tǒng)加工技術(shù)工序顯著減少，同時(shí)省去了設(shè)計(jì)、加工模具的時(shí)間和費(fèi)用，使產(chǎn)品研制周期短、加工效率高。


圖I為本發(fā)明所述的鈦合金結(jié)構(gòu)件焊接掃描路徑示意圖；圖2為本發(fā)明所述的電弧增材制造鈦合金結(jié)構(gòu)件示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明所述的一種鈦合金結(jié)構(gòu)件電弧增材制造方法作進(jìn)一步描述。實(shí)施例I如圖2所示，鈦合金結(jié)構(gòu)件高度為200mm，壁厚20mm，由200層環(huán)形件堆焊形成，每層環(huán)形件的高度為1mm。其采用本發(fā)明所述的鈦合金結(jié)構(gòu)件電弧增材方法制造。具體為采用電弧增材制造方法進(jìn)行每層環(huán)形件焊接，即送絲裝置送焊絲，焊槍熔化焊絲進(jìn)行焊接，由內(nèi)至外的環(huán)形焊道間依次搭接形成一層環(huán)形件；然后焊槍提高一個層厚，重復(fù)上述焊接方式再形成另一層環(huán)形件，如此往復(fù)，最終由200層環(huán)形件疊加形成鈦合金結(jié)構(gòu)件。焊接時(shí)相鄰環(huán)形焊道采用相反的施焊方向，上層環(huán)形件的焊接起弧點(diǎn)為下層環(huán)形件的焊接起弧點(diǎn)旋轉(zhuǎn)90°后所得。焊接電流為300A，送絲速度為5mm/s，焊絲為Φ I. 5mm的Ti6A14V，焊縫寬度為2mm。實(shí)施例2如圖2所示，鈦合金結(jié)構(gòu)件高度為200mm，壁厚20mm，由200層環(huán)形件堆焊形成，每層環(huán)形件的高度為1mm。其采用本發(fā)明所述的鈦合金結(jié)構(gòu)件電弧增材方法制造，如圖I所示，具體步驟為(I)在Q235碳鋼基材上選取起弧點(diǎn)，開始第一層第一道圓環(huán)的順時(shí)針焊接；(2)完成第一層第一道圓環(huán)焊接后，焊槍向圓環(huán)外側(cè)移動I. 4_，開始第一層第二道圓環(huán)的逆時(shí)針焊接，焊縫間搭接O. 6mm ； (3)完成第一層第二道圓環(huán)焊接后，重復(fù)步驟(2)，再完成另外13道圓環(huán)焊接，同層相鄰道圓環(huán)焊接采用相反方向；由共15道圓環(huán)組成第一層環(huán)形件，然后進(jìn)行收?。?4)將焊槍的高度升高1mm，焊槍運(yùn)動90°，在第一層環(huán)形件上選取起弧點(diǎn)，開始第二層第一道圓環(huán)的逆時(shí)針焊接；(5)完成第二層第一道圓環(huán)焊接后，焊槍向圓環(huán)外側(cè)移動I. 4_，開始第二層第二道圓環(huán)的順時(shí)針焊接，焊縫間搭接O. 6mm ；(6)完成第二層第二道圓環(huán)焊接后，重復(fù)步驟(5)，再完成另外13道圓環(huán)焊接，同層相鄰道圓環(huán)焊接采用相反方向；由15道圓環(huán)組成第二層環(huán)形件，然后進(jìn)行收?。?7 )重復(fù)步驟(4 )至步驟(6 )，再完成其余層環(huán)形件焊接，最終形成鈦合金結(jié)構(gòu)件。上述步驟(I)至步驟(7)所述的焊接均為堆焊，電弧送絲增材制造，送絲裝置送焊絲，焊槍熔化焊絲進(jìn)行焊接，電流為300A，送絲速度為5mm/s，焊絲為Φ I. 5mm Τ 5Α12. 5Sn，焊縫寬度為2mm。焊接平臺Μ0Τ0ΜΑΝ HP20焊接機(jī)器人及旋轉(zhuǎn)控制臺；電極高度10mm，電極角度55° ;保護(hù)氣體采用高純氬氣作為保護(hù)氣體，保護(hù)氣流量為10L/min;焊接電源采用FroniusTPS4000型焊接電源，預(yù)通氣時(shí)間為5秒。實(shí)施例3鈦合金結(jié)構(gòu)件高度為100mm,壁厚15mm,由50層環(huán)形件堆焊形成,每層環(huán)形件的高度為2mm。其采用本發(fā)明所述的鈦合金結(jié)構(gòu)件電弧增材方法制造，如圖I所示，具體步驟為(I)在Q235碳鋼基材上選取起弧點(diǎn)，開始第一層第一道圓環(huán)的逆時(shí)針焊接；(2)完成第一層第一道圓環(huán)焊接后，焊槍向圓環(huán)外側(cè)移動1mm，開始第一層第二道圓環(huán)的順時(shí)針焊接，焊縫間搭接O. 5mm ；(3)完成第一層第二道圓環(huán)焊接后，重復(fù)步驟(2)，再完成另外13道圓環(huán)焊接，同層相鄰道圓環(huán)焊接采用相反方向；由共15道圓環(huán)組成第一層環(huán)形件，然后進(jìn)行收??；(4)將焊槍的高度升高2mm，焊槍運(yùn)動60°，在第一層環(huán)形件上選取起弧點(diǎn)，開始第二層第一道圓環(huán)的順時(shí)針焊接；(5)完成第二層第一道圓環(huán)焊接后，焊槍向圓環(huán)外側(cè)移動1mm，開始第二層第二道圓環(huán)的逆時(shí)針焊接，焊縫間搭接O. 5mm ；(6)完成第二層第二道圓環(huán)焊接后，重復(fù)步驟(5)，再完成另外13道圓環(huán)焊接，同層相鄰道圓環(huán)焊接采用相反方向；由15道圓環(huán)組成第二層環(huán)形件，然后進(jìn)行收??；(7 )重復(fù)步驟(4 )至步驟(6 )，再完成其余層環(huán)形件焊接，最終形成鈦合金結(jié)構(gòu)件。
上述步驟(I)至步驟(7)所述的焊接均為堆焊，電弧送絲增材，送絲裝置送焊絲，焊槍熔化焊絲進(jìn)行焊接，電流為250A，送絲速度為4mm/s，焊絲為Φ Imm的Ti6A14V，焊縫寬度為I. 5mmο實(shí)施例4 鈦合金結(jié)構(gòu)件高度為300mm,壁厚25mm,由150層環(huán)形件堆焊形成,每層環(huán)形件的高度為2mm。其采用本發(fā)明所述的鈦合金結(jié)構(gòu)件電弧增材方法制造，如圖I所示，具體步驟為(I)在Q235碳鋼基材上選取起弧點(diǎn)，開始第一層第一道圓環(huán)的焊接；(2)完成第一層第一道圓環(huán)焊接后，焊槍向圓環(huán)外側(cè)移動2mm，開始第一層第二道圓環(huán)的焊接，第一層第二道圓環(huán)的焊接方向與第一層第一道圓環(huán)的焊接方向相反，焊縫間搭接Imm ；(3)完成第一層第二道圓環(huán)焊接后，重復(fù)步驟(2)，再完成另外11道圓環(huán)焊接，同層相鄰道圓環(huán)焊接采用相反方向；由這些道圓環(huán)組成第一層環(huán)形件，然后進(jìn)行收?。?4)將焊槍的高度升高2mm，焊槍運(yùn)動30°，在第一層環(huán)形件上選取起弧點(diǎn)，開始第二層第一道圓環(huán)的焊接，第二層第一道圓環(huán)的焊接方向與下面的第一層環(huán)形件的相應(yīng)道圓環(huán)的焊接方向相反；(5)完成第二層第一道圓環(huán)焊接后，焊槍向圓環(huán)外側(cè)移動2mm，開始第二層第二道圓環(huán)的焊接，第二層第二道圓環(huán)的焊接方向與第二層第一道圓環(huán)的焊接方向相反，焊縫間搭接Imm ；(6)完成第二層第二道圓環(huán)焊接后，重復(fù)步驟(5)，再完成另外11道圓環(huán)焊接，同層相鄰道圓環(huán)焊接采用相反方向；由13道圓環(huán)組成第二層環(huán)形件，然后進(jìn)行收??；(7 )重復(fù)步驟(4 )至步驟(6 )，再完成其余層環(huán)形件焊接，最終形成鈦合金結(jié)構(gòu)件。上述步驟(I)至步驟(7)所述的焊接均為堆焊，電弧送絲增材，送絲裝置送焊絲，焊槍熔化焊絲進(jìn)行焊接，電流為350A，送絲速度為6mm/s，焊絲為Φ 3mm的Ti5A12. 5Sn，焊縫寬度為3mm。
權(quán)利要求
1.一種鈦合金結(jié)構(gòu)件電弧增材制造方法，所述的鈦合金結(jié)構(gòu)件的截面為環(huán)形，其特征在于該鈦合金結(jié)構(gòu)件由若干層環(huán)形件堆焊形成； 采用電弧送絲增材制造方法進(jìn)行每層環(huán)形件焊接，即送絲裝置送焊絲，焊槍熔化焊絲進(jìn)行焊接，由內(nèi)至外的環(huán)形焊道間依次搭接形成一層環(huán)形件；然后焊槍提高一個層厚，重復(fù)上述焊接方式再形成另一層環(huán)形件，如此往復(fù)，最終由若干層環(huán)形件疊加形成鈦合金結(jié)構(gòu)件； 焊接時(shí)相鄰環(huán)形焊道采用相反的施焊方向，上層環(huán)形件的焊接起弧點(diǎn)為下層環(huán)形件的焊接起弧點(diǎn)旋轉(zhuǎn)30、0°后所得。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種鈦合金結(jié)構(gòu)件電弧增材制造方法，其特征在于所述的焊接電流為250 350A，送絲速度為4 6mm/s，焊絲為Φ I Φ3ι πι的Ti6A14V或Ti5A12. 5Sn，焊縫寬度為I. 5 3mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種鈦合金結(jié)構(gòu)件電弧增材制造方法，其特征在于該方法具體包括如下步驟 (1)在基材上選取起弧點(diǎn)，開始第一層第一道圓環(huán)的焊接； (2)完成第一層第一道圓環(huán)焊接后，焊槍向圓環(huán)外側(cè)移動f2mm，開始第一層第二道圓環(huán)的焊接，第一層第二道圓環(huán)的焊接方向與第一層第一道圓環(huán)的焊接方向相反，焊縫間搭接 O. 4 O. 8mm ； (3)完成第一層第二道圓環(huán)焊接后，重復(fù)步驟(2)，再完成若干道圓環(huán)焊接，同層相鄰道圓環(huán)焊接采用相反方向；由這些道圓環(huán)組成第一層環(huán)形件，然后進(jìn)行收?。? (4)將焊槍的高度升高f2mm，焊槍運(yùn)動30、0°，在第一層環(huán)形件上選取起弧點(diǎn)，開始第二層第一道圓環(huán)的焊接，第二層第一道圓環(huán)的焊接方向與下面的第一層環(huán)形件的相應(yīng)道圓環(huán)的焊接方向相反； (5)完成第二層第一道圓環(huán)焊接后，焊槍向圓環(huán)外側(cè)移動f2mm，開始第二層第二道圓環(huán)的焊接，第二層第二道圓環(huán)的焊接方向與第二層第一道圓環(huán)的焊接方向相反，焊縫間搭接 O. 4 O. 8mm ； (6)完成第二層第二道圓環(huán)焊接后，重復(fù)步驟(5)，再完成若干道圓環(huán)焊接，同層相鄰道圓環(huán)焊接采用相反方向；由這些道圓環(huán)組成第二層環(huán)形件，然后進(jìn)行收??； (7)重復(fù)步驟(4)至步驟(6)，再完成若干層環(huán)形件焊接，最終由若干層環(huán)形件組成鈦合金結(jié)構(gòu)件； 上述步驟(I)至步驟(7)所述的焊接均為堆焊，電弧送絲增材制造，送絲裝置送焊絲，焊槍熔化焊絲進(jìn)行焊接，電流為25(Γ350Α，送絲速度為4 6mm/s，焊絲為Φ I Φ 3mm的Ti6A14V 或 Τ 5Α12. 5Sn,焊縫寬度為 I. 5 3_。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種鈦合金結(jié)構(gòu)件電弧增材制造方法，其特征在于由100^300若干層環(huán)形件組成鈦合金結(jié)構(gòu)件。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種鈦合金結(jié)構(gòu)件電弧增材制造方法，其特征在于所述的基材為Q235碳鋼。
全文摘要
本發(fā)明提供一種鈦合金結(jié)構(gòu)件電弧增材制造方法，其采用電弧送絲增材制造方法進(jìn)行每層環(huán)形件焊接，即送絲裝置送焊絲，焊槍熔化焊絲進(jìn)行焊接，由內(nèi)至外的環(huán)形焊道間依次搭接形成一層環(huán)形件；然后焊槍提高一個層厚，重復(fù)上述焊接方式再形成另一層環(huán)形件，如此往復(fù)，最終由若干層環(huán)形件疊加形成鈦合金結(jié)構(gòu)件。本發(fā)明焊接成形件的晶粒尺寸細(xì)小均勻，機(jī)械性能好，能夠達(dá)到或超過同成分鑄件的水平，產(chǎn)品研制周期短、加工效率高。
文檔編號B23K9/04GK102962547SQ201210483539
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月23日
發(fā)明者王國慶, 王福德, 陳濟(jì)輪, 曾曉雁, 何京文, 董鵬, 梁曉康 申請人:首都航天機(jī)械公司, 中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院