本發(fā)明屬于增材制造領(lǐng)域，具體涉及一種單道電弧擺動(dòng)增材成形大壁厚鋁合金結(jié)構(gòu)件的方法。

背景技術(shù)：

隨著新一代武器裝備的發(fā)展，研制裝備周期顯著縮短，由10年縮短到5年左右。且與以往相比，結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜，多為骨架、端框類(lèi)結(jié)構(gòu)，此類(lèi)結(jié)構(gòu)多采用鑄造/機(jī)加與鍛造/機(jī)加等傳統(tǒng)工藝制備，需加工專(zhuān)用模具，工藝流程長(zhǎng)、周期長(zhǎng)，材料利用率低、研制生產(chǎn)成本高，難以適應(yīng)研制型號(hào)產(chǎn)品復(fù)雜多變、低成本、快速響應(yīng)的要求，對(duì)快速、高效的先進(jìn)制造工藝技術(shù)提出了迫切需求，來(lái)適應(yīng)多品種、小批量和短周期的武器裝備研制需要。

隨著航空航天、軌道交通等重要領(lǐng)域?qū)饘俳Y(jié)構(gòu)件的性能、精度、生產(chǎn)周期和生產(chǎn)成本的要求日趨苛刻，采用增材制造技術(shù)直接成形金屬零件成為研究熱點(diǎn)。

增材制造技術(shù)基于離散－堆積原理，通過(guò)既定熱源對(duì)金屬材料的逐層熔化，沉積生長(zhǎng)，直接由三維模型近凈成形高性能結(jié)構(gòu)件，是未來(lái)結(jié)構(gòu)件先進(jìn)制造發(fā)展的重要方向。其中，電弧增材制造技術(shù)具有設(shè)備成本低且運(yùn)行穩(wěn)定、沉積效率高、近凈成形等特點(diǎn)，有著高效、低成本及短周期等優(yōu)勢(shì)，十分適合航空航天等領(lǐng)域小批量、多品種產(chǎn)品的快速、低成本研制生產(chǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是：多道搭接成形大壁厚鋁合金結(jié)構(gòu)件電弧增材過(guò)程中可能會(huì)存在道間搭接力學(xué)性能不良等問(wèn)題，這樣會(huì)導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)件的報(bào)廢，將嚴(yán)重影響研制生產(chǎn)進(jìn)度，生產(chǎn)成本也大幅升高。本發(fā)明提出一種單道電弧擺動(dòng)增材成形大壁厚鋁合金結(jié)構(gòu)件的方法，采用本方法單道成形鋁合金構(gòu)件的壁厚最大可達(dá)12-20mm，熔池凝固時(shí)間增長(zhǎng)，熔池內(nèi)部氣體含量減少，使成形構(gòu)件性能得到提高，也避免了多道搭接時(shí)道間性能不足的問(wèn)題，研制周期及生產(chǎn)成本均得到降低。

本發(fā)明技術(shù)方案為：一種單道電弧擺動(dòng)增材成形大壁厚鋁合金結(jié)構(gòu)件的方法，步驟如下：

1)通過(guò)試驗(yàn)得到成形該構(gòu)件所需的成形工藝參數(shù)及機(jī)械臂擺動(dòng)參數(shù)；

2)將經(jīng)過(guò)酸洗的基板打磨平整并用無(wú)水乙醇或丙酮擦拭干凈后固定在工作平臺(tái)上，保證其水平；

3)規(guī)劃好成形路徑后，按照預(yù)定軌跡及成形參數(shù)與機(jī)械臂擺動(dòng)參數(shù)完成鋁合金結(jié)構(gòu)件的增材。

采用的機(jī)械臂擺動(dòng)參數(shù)為：擺動(dòng)頻率5-10hz；擺動(dòng)振幅2-6mm；左右擺動(dòng)端點(diǎn)處停留時(shí)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(jié)構(gòu)件原材料選取0.8mm、1.2mm和1.6mm的5b06鋁合金焊絲。

增材過(guò)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(guò)程中采用99.999％高純氬進(jìn)行正面保護(hù)，氣體流量為：18～20l/min。

均采用c+p模式，即冷金屬過(guò)渡+脈沖模式，底部三層采用較成形電流大20-60a左右的焊接電流打底，上部采用成形工藝參數(shù)按規(guī)劃路徑堆積得到實(shí)體。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：

本發(fā)明所提出的機(jī)械臂擺動(dòng)的方法單道電弧增材成形鋁合金結(jié)構(gòu)件，采用cmt焊機(jī)提供熱源配合機(jī)械臂不同的擺動(dòng)參數(shù)可實(shí)現(xiàn)不同壁厚鋁合金結(jié)構(gòu)件的電弧增材制造，其優(yōu)點(diǎn)在于：熔池凝固時(shí)間增長(zhǎng)，熔池內(nèi)部氣體含量減少，使成形構(gòu)件性能得到提高，也避免了多道搭接時(shí)道間性能不足的問(wèn)題，研制周期及生產(chǎn)成本均得到降低。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明所述電弧增材矩形結(jié)構(gòu)件剖面示意圖；

圖2為本發(fā)明所述機(jī)械臂擺動(dòng)路徑示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明一種單道電弧擺動(dòng)增材成形大壁厚鋁合金結(jié)構(gòu)件的方法，步驟如下：

1)通過(guò)試驗(yàn)得到成形該構(gòu)件所需的成形工藝參數(shù)及機(jī)械臂擺動(dòng)參數(shù)；

2)將經(jīng)過(guò)酸洗的基板打磨平整并用無(wú)水乙醇或丙酮擦拭干凈后固定在工作平臺(tái)上，保證其水平；

3)規(guī)劃好成形路徑后，按照預(yù)定軌跡及成形參數(shù)與機(jī)械臂擺動(dòng)參數(shù)完成鋁合金結(jié)構(gòu)件的增材。

采用的機(jī)械臂擺動(dòng)參數(shù)為：擺動(dòng)頻率5-10hz；擺動(dòng)振幅2-6mm；左右擺動(dòng)端點(diǎn)處停留時(shí)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(jié)構(gòu)件原材料選取0.8mm、1.2mm和1.6mm的5b06鋁合金焊絲。

增材過(guò)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(guò)程中采用99.999％高純氬進(jìn)行正面保護(hù)，氣體流量為：18～20l/min。

均采用c+p模式，即冷金屬過(guò)渡+脈沖模式，底部三層采用較成形電流大20-60a左右的焊接電流打底，上部采用成形工藝參數(shù)按規(guī)劃路徑堆積得到實(shí)體。

下文通過(guò)實(shí)例對(duì)本發(fā)明的具體方法進(jìn)行闡述：

實(shí)例：?jiǎn)蔚罃[動(dòng)電弧增材成形15mm厚5b06矩形鋁合金結(jié)構(gòu)件

具體實(shí)施方法為：如圖1所示，要求制造的矩形鋁合金結(jié)構(gòu)件壁厚15mm，長(zhǎng)、寬和高分別為400mm、200mm和400mm，考慮采用單道擺動(dòng)電弧增材成形。采用的原材料為ф1.2mm5b06鋁合金焊絲；先通過(guò)試驗(yàn)摸索得到一組合適的成形工藝參數(shù)：焊接電流120a、送絲速度7m/min、焊接速度8mm/s；擺動(dòng)參數(shù)：頻率6hz、振幅5mm、左右側(cè)停留時(shí)間0.10s；此組工藝參數(shù)下，單道焊縫寬度17mm，高度1.3mm；將經(jīng)過(guò)酸洗的基板打磨平整并用無(wú)水乙醇或丙酮擦拭干凈后固定在工作平臺(tái)上，保證其水平；在基板上選取合適位置進(jìn)行打底，打底參數(shù)：焊接電流159a、送絲速度9m/min、焊接速度10mm/s；打底完成后，改用成形工藝參數(shù)進(jìn)行實(shí)體部分堆積。圖2所示為機(jī)械臂擺動(dòng)路徑示意圖。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
一種單道電弧擺動(dòng)增材成形大壁厚鋁合金結(jié)構(gòu)件的方法。該方法采用焊機(jī)提供熱源配合機(jī)械臂擺動(dòng)的方式實(shí)現(xiàn)單道電弧增材成形大壁厚鋁合金結(jié)構(gòu)件。規(guī)劃好成形路徑后，通過(guò)工藝試驗(yàn)得到所需的擺動(dòng)參數(shù)，底部三層采用較成形電流大的焊接電流打底，上部采用成形工藝參數(shù)按規(guī)劃路徑堆積得到實(shí)體。本發(fā)明所提出的機(jī)械臂擺動(dòng)方式單道成形的最大壁厚可達(dá)12?20mm，熔池凝固時(shí)間增長(zhǎng)，熔池內(nèi)部氣體含量減少，成形構(gòu)件性能得到提高，也避免了多道搭接時(shí)道間性能不足的問(wèn)題。該方法很好地實(shí)現(xiàn)了高性能鋁合金結(jié)構(gòu)件的研制。

技術(shù)研發(fā)人員：何智;王志敏;胡洋;步賢政;吳復(fù)堯;張鐵軍;姚為
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京航星機(jī)器制造有限公司
技術(shù)研發(fā)日：2017.04.17
技術(shù)公布日：2017.08.18