本發(fā)明專利技術(shù)屬于金屬增材制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鎂合金的絲材電弧增材制造方法，包括以下步驟：對工件基板進行預(yù)處理后固定在工作臺上，將鎂合金絲材矯直后送至焊槍下方；調(diào)控絲材電弧增材制造的相關(guān)工藝及參數(shù)，開始進行電弧增材制造，直到完成構(gòu)件的最終成形。本發(fā)明專利技術(shù)通過調(diào)整工藝以及相關(guān)參數(shù)，可實現(xiàn)材料的抗拉強度和塑性不受加工材料寬度的影響，均能實現(xiàn)材料強塑性的同步提高；本發(fā)明專利技術(shù)構(gòu)件實現(xiàn)了層與層之間的良好結(jié)合，改善了組織的均勻性，避免了因?qū)娱g結(jié)合不良發(fā)生的斷裂，從而提高電弧增材制造構(gòu)件的結(jié)合強度，降低裂紋以及孔隙率，獲得表面綜合性能高、成形性好的構(gòu)件。成形性好的構(gòu)件。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種鎂合金的絲材電弧增材制造方法
[0001]本專利技術(shù)屬于金屬增材制造
，具體涉及一種鎂合金的絲材電弧增材制造方法。
技術(shù)介紹
[0002]鎂合金作為最輕質(zhì)的金屬工程結(jié)構(gòu)材料，具有許多優(yōu)異的特性，如密度低，比強度、比剛度高，電磁屏蔽能力強等，并且鎂合金資源豐富，生物降解能力優(yōu)良，在實現(xiàn)輕量化、節(jié)能減排中發(fā)揮著重要作用，被廣泛應(yīng)用于汽車、航空航天、電子、機械等領(lǐng)域。為了實現(xiàn)進一步的輕量化，生產(chǎn)近凈成形的構(gòu)件是鎂合金應(yīng)用的重要趨勢。然而，近凈成形的構(gòu)件通常為尺寸較大和較為復(fù)雜的形狀，因此傳統(tǒng)的鍛造和鑄造加工方式難以實現(xiàn)和大規(guī)模應(yīng)用。盡管一些研究報道采用電弧增材制造方法進行鎂合金構(gòu)件的加工，但由于鎂合金具有熔點較低、熱導(dǎo)率較大等特點，在焊接過程中易氧化、燃燒，容易出現(xiàn)裂紋、氣孔等金屬冶金缺陷，采用電弧增材制造技術(shù)對于鎂合金構(gòu)件仍需解決諸多問題。
[0003]在電弧增材制造過程中金屬熔化以熔滴過渡的形式進行，隨著堆積層數(shù)與寬度的增加，構(gòu)件散熱條件變差、熱累積嚴(yán)重，會導(dǎo)致熔池過熱、堆積形狀難以控制、成型不良等問題，使得構(gòu)件表面形態(tài)和成型尺寸控制困難，導(dǎo)致成型精度較低，同時，較高的熱輸入與較大的溫度差會使晶粒發(fā)生長大，從而降低了構(gòu)件的力學(xué)性能。此外，由于絲材電弧增材成形過程中每層增材制造結(jié)束后表面發(fā)生氧化、污染，上下層間溫度差較大等影響，導(dǎo)致構(gòu)件產(chǎn)生明顯的分層結(jié)構(gòu)，組織不均勻，易因?qū)娱g結(jié)合不良而發(fā)生斷裂。在較大熱輸入條件下，電弧增材制造過程中容易形成氣孔、孔洞、裂紋等缺陷。
[0004]在目前的研究中，人們對鎂合金的電弧增材制造技術(shù)的研究主要應(yīng)用在沉積率低、熱積累少、成型構(gòu)件寬度較小以及規(guī)則形狀的構(gòu)件，使其不能廣泛地應(yīng)用于實際之中。電弧增材制造是一個受多參數(shù)影響的工藝過程，隨著構(gòu)件寬度的提高，會產(chǎn)生力學(xué)性能下降、成型精度降低、內(nèi)部缺陷較多等問題。因此，如何降低熱輸入、減少殘余應(yīng)力和變形、避免氣孔、孔洞、裂紋等缺陷，并且在提高構(gòu)件抗拉強度和塑性的同時獲得適用于不同寬度或不規(guī)則形狀構(gòu)件的制備方法是目前亟待解決的技術(shù)難題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
[0005]為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本專利技術(shù)提供了一種鎂合金的絲材電弧增材制造方法，它包括如下步驟：
[0006](1)對工件基板表面進行預(yù)處理，所述工件基板為鎂合金基板，所述的預(yù)處理：采用500目砂紙打磨后，用丙酮和無水乙醇清潔基板表面，再將基板加熱到100～300℃獲得預(yù)處理后的基板；
[0007](2)搭建實驗平臺，使用夾具將步驟(1)中預(yù)處理后的基板固定在工作臺上，將直徑為0.5～5mm的鎂合金絲材矯直后通過送絲器送至焊槍下方，干伸長為5～20mm，送絲角度為5～25
°
，所述送絲角度為所述鎂合金絲材與基板法線之間的夾角；采用冷金屬過渡焊接
(CMT)熱源進行單道多層電弧增材制造，以垂直基板表面方向為增材制造的沉積方向，以沿著基板的長度方向為增材制造的行進方向，在保護氣氛下，采用雙向往復(fù)加工路徑進行增材制造，焊槍自左側(cè)起始位置起弧開始進行沉積，到達右側(cè)終點位置后熄弧，焊槍向上提高一定高度后停留一段時間，之后再起弧，自右向左進行第二層的增材制造過程，如此往復(fù)沉積5～50層，最終獲得鎂合金的絲材電弧增材制造直壁墻狀構(gòu)件；所述的保護氣為高純氬氣或二氧化碳氣體與氬氣的混合氣體，氣體流量為15～30L/min；所述焊槍采用擺動式行進，所述的焊接電流為70～250A，焊接電壓為10～25V，脈沖頻率5～30Hz。
[0008]進一步地，步驟(1)所述的鎂合金基板為Mg
?
Al
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Zn系、Mg
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Al
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Ca
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Mn系或Mg
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Al
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Zn
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Re系鎂合金中的一種；
[0009]進一步地，所述的Mg
?
Al
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Zn系鎂合金為AZ31、AZ61、AZ80或AZ91中的一種。
[0010]進一步地，步驟(2)所述的鎂合金絲材為Mg
?
Al
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Zn系、Mg
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Al
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Ca
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Mn系或Mg
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Al
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Zn
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Re系鎂合金中的一種；
[0011]進一步地，所述的Mg
?
Al
?
Zn系鎂合金為AZ31、AZ61、AZ80或AZ91中的一種。
[0012]進一步地，步驟(2)所述的擺動為三角擺動、正弦擺動或半圓弧擺動。
[0013]進一步地，步驟(2)所述的焊槍擺動振幅為2～12mm，擺動頻率為5～12Hz。
[0014]進一步地，步驟(2)所述的焊槍向上提高的高度為0.5～5.0mm。
[0015]進一步地，步驟(2)所述的焊槍行進速度為5～20mm/s，層間停留時間為60～500s。
[0016]進一步地，步驟(2)獲得的直壁墻狀構(gòu)件寬度為5～40mm，高度為30～100mm。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的優(yōu)勢在于：
[0018]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本專利技術(shù)通過聯(lián)合調(diào)控絲材電弧增材制造的相關(guān)工藝以及參數(shù)顯著提高了沉積率，解決了隨著沉積率提高、熱輸入增大而導(dǎo)致的構(gòu)件力學(xué)性能下降的問題，在應(yīng)用過程中，根據(jù)實際需要能夠獲得不同寬度的構(gòu)件，并且材料的抗拉強度和塑性不受加工材料寬度的影響，可以實現(xiàn)材料強塑性的同步提高，即使較寬的構(gòu)件，其抗拉強度和塑性略高于或相當(dāng)于較窄的構(gòu)件。
[0019]此外，本專利技術(shù)獲得的構(gòu)件拉伸后斷口形貌為大量細小的等軸韌窩，斷裂機制為韌性斷裂，說明本專利技術(shù)構(gòu)件實現(xiàn)了層與層之間的良好結(jié)合，通過聯(lián)合調(diào)控絲材電弧增材制造的相關(guān)工藝以及參數(shù)提高了構(gòu)件的力學(xué)性能和塑性；此外消除了增材制造過程中明顯的分層結(jié)構(gòu)，改善了組織的均勻性，避免了因?qū)娱g結(jié)合不良發(fā)生的斷裂，從而提高電弧增材制造構(gòu)件的結(jié)合強度，改善電弧增材制造構(gòu)件的抗拉強度和塑性；同時避免了在較大熱輸入條件下普通絲材電弧增材制造過程中容易形成的氣孔、孔洞、裂紋等缺陷的發(fā)生，最終獲得了表面綜合性能較高、成型性好的構(gòu)件。
具體實施方式
[0020]下面結(jié)合實施例對本專利技術(shù)作進一步的詳細描述。
[0021]實施例1
[0022]本實施例提供了絲材直徑為1.2mm的AZ31鎂合金的絲材電弧增材制造直壁墻狀構(gòu)件的方法，包括以下步驟：
[0023](1)進行絲材電弧增材制造之前需對工件基板表面的氧化膜進行預(yù)處理，所述工件基板為AZ31鎂合金基板，尺寸為300mm
×
40mm
×
5mm，所述的預(yù)處理為500目砂紙打磨，并
用丙酮和無水乙醇清潔基板表面的油污，將基板預(yù)熱到200℃。
[0024](2)搭建實驗平臺，使用夾具將基板固定在工作臺上，將直徑為1.2mm的AZ31鎂合金絲材矯直后通過送絲器送本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
【技術(shù)特征摘要】
1.一種鎂合金的絲材電弧增材制造方法，其特征在于，它包括如下步驟：(1)對工件基板表面進行預(yù)處理，所述工件基板為鎂合金基板，所述的預(yù)處理：采用500目砂紙打磨后，用丙酮和無水乙醇清潔基板表面，再將基板加熱到100～300℃獲得預(yù)處理后的基板；(2)搭建實驗平臺，使用夾具將步驟(1)預(yù)處理后的基板固定在工作臺上，將直徑為0.5～5mm的鎂合金絲材矯直后通過送絲器送至焊槍下方，干伸長為5～20mm，送絲角度為5～25
°
，所述送絲角度為所述鎂合金絲材與基板法線之間的夾角；采用冷金屬過渡焊接(CMT)熱源進行單道多層電弧增材制造，以垂直基板表面方向為增材制造的沉積方向，以沿著基板的長度方向為增材制造的行進方向，在保護氣氛下，采用雙向往復(fù)加工路徑進行增材制造，焊槍自左側(cè)起始位置起弧開始進行沉積，到達右側(cè)終點位置后熄弧，焊槍向上提高一定高度后停留一段時間，之后再起弧，自右向左進行第二層的增材制造過程，如此往復(fù)沉積5～50層，最終獲得鎂合金的絲材電弧增材制造直壁墻狀構(gòu)件；所述的保護氣為高純氬氣或二氧化碳氣體與氬氣的混合氣體，氣體流量為15～30L/min；所述焊槍采用擺動式行進，所述的焊接電流為70～250A，焊接電壓為10～25V，脈沖頻率5～30Hz。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鎂合金的絲材電弧增材制造方法，其特征在于，步驟(1)所述的鎂合金基板為Mg
?
Al
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Zn系、Mg
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Al
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Ca
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Mn系或Mg
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Al
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Zn
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Re系鎂合金中的一種。3.根據(jù)權(quán)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王慧遠，于智洋，馬品奎，陳俊辰，楊易杭，
申請(專利權(quán))人：吉林大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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