一种单道电弧摆动增材成形大壁厚铝合金结构件的方法与流程

本发明属于增材制造领域，具体涉及一种单道电弧摆动增材成形大壁厚铝合金结构件的方法。

背景技术：

随着新一代武器装备的发展，研制装备周期显著缩短，由10年缩短到5年左右。且与以往相比，结构变得更加复杂，多为骨架、端框类结构，此类结构多采用铸造/机加与锻造/机加等传统工艺制备，需加工专用模具，工艺流程长、周期长，材料利用率低、研制生产成本高，难以适应研制型号产品复杂多变、低成本、快速响应的要求，对快速、高效的先进制造工艺技术提出了迫切需求，来适应多品种、小批量和短周期的武器装备研制需要。

随着航空航天、轨道交通等重要领域对金属结构件的性能、精度、生产周期和生产成本的要求日趋苛刻，采用增材制造技术直接成形金属零件成为研究热点。

增材制造技术基于离散－堆积原理，通过既定热源对金属材料的逐层熔化，沉积生长，直接由三维模型近净成形高性能结构件，是未来结构件先进制造发展的重要方向。其中，电弧增材制造技术具有设备成本低且运行稳定、沉积效率高、近净成形等特点，有着高效、低成本及短周期等优势，十分适合航空航天等领域小批量、多品种产品的快速、低成本研制生产。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：多道搭接成形大壁厚铝合金结构件电弧增材过程中可能会存在道间搭接力学性能不良等问题，这样会导致整个结构件的报废，将严重影响研制生产进度，生产成本也大幅升高。本发明提出一种单道电弧摆动增材成形大壁厚铝合金结构件的方法，采用本方法单道成形铝合金构件的壁厚最大可达12-20mm，熔池凝固时间增长，熔池内部气体含量减少，使成形构件性能得到提高，也避免了多道搭接时道间性能不足的问题，研制周期及生产成本均得到降低。

本发明技术方案为：一种单道电弧摆动增材成形大壁厚铝合金结构件的方法，步骤如下：

1)通过试验得到成形该构件所需的成形工艺参数及机械臂摆动参数；

2)将经过酸洗的基板打磨平整并用无水乙醇或丙酮擦拭干净后固定在工作平台上，保证其水平；

3)规划好成形路径后，按照预定轨迹及成形参数与机械臂摆动参数完成铝合金结构件的增材。

采用的机械臂摆动参数为：摆动频率5-10hz；摆动振幅2-6mm；左右摆动端点处停留时间0.050-0.150s。

所选用的基板是厚度为20mm的5a06铝合金。

铝合金结构件原材料选取0.8mm、1.2mm和1.6mm的5b06铝合金焊丝。

增材过程中的送丝速度为6～10m/min；焊接电流为：95～140a；焊接速度为：7～12mm/s；单道焊缝的宽度为6-10mm，高度为1.3～1.8mm。

增材过程中采用99.999％高纯氩进行正面保护，气体流量为：18～20l/min。

均采用c+p模式，即冷金属过渡+脉冲模式，底部三层采用较成形电流大20-60a左右的焊接电流打底，上部采用成形工艺参数按规划路径堆积得到实体。

本发明与现有技术相比的优点在于：

本发明所提出的机械臂摆动的方法单道电弧增材成形铝合金结构件，采用cmt焊机提供热源配合机械臂不同的摆动参数可实现不同壁厚铝合金结构件的电弧增材制造，其优点在于：熔池凝固时间增长，熔池内部气体含量减少，使成形构件性能得到提高，也避免了多道搭接时道间性能不足的问题，研制周期及生产成本均得到降低。

附图说明

图1为本发明所述电弧增材矩形结构件剖面示意图；

图2为本发明所述机械臂摆动路径示意图。

具体实施方式

本发明一种单道电弧摆动增材成形大壁厚铝合金结构件的方法，步骤如下：

1)通过试验得到成形该构件所需的成形工艺参数及机械臂摆动参数；

2)将经过酸洗的基板打磨平整并用无水乙醇或丙酮擦拭干净后固定在工作平台上，保证其水平；

3)规划好成形路径后，按照预定轨迹及成形参数与机械臂摆动参数完成铝合金结构件的增材。

采用的机械臂摆动参数为：摆动频率5-10hz；摆动振幅2-6mm；左右摆动端点处停留时间0.050-0.150s。

所选用的基板是厚度为20mm的5a06铝合金。

铝合金结构件原材料选取0.8mm、1.2mm和1.6mm的5b06铝合金焊丝。

增材过程中的送丝速度为6～10m/min；焊接电流为：95～140a；焊接速度为：7～12mm/s；单道焊缝的宽度为6-10mm，高度为1.3～1.8mm。

增材过程中采用99.999％高纯氩进行正面保护，气体流量为：18～20l/min。

均采用c+p模式，即冷金属过渡+脉冲模式，底部三层采用较成形电流大20-60a左右的焊接电流打底，上部采用成形工艺参数按规划路径堆积得到实体。

下文通过实例对本发明的具体方法进行阐述：

实例：单道摆动电弧增材成形15mm厚5b06矩形铝合金结构件

具体实施方法为：如图1所示，要求制造的矩形铝合金结构件壁厚15mm，长、宽和高分别为400mm、200mm和400mm，考虑采用单道摆动电弧增材成形。采用的原材料为ф1.2mm5b06铝合金焊丝；先通过试验摸索得到一组合适的成形工艺参数：焊接电流120a、送丝速度7m/min、焊接速度8mm/s；摆动参数：频率6hz、振幅5mm、左右侧停留时间0.10s；此组工艺参数下，单道焊缝宽度17mm，高度1.3mm；将经过酸洗的基板打磨平整并用无水乙醇或丙酮擦拭干净后固定在工作平台上，保证其水平；在基板上选取合适位置进行打底，打底参数：焊接电流159a、送丝速度9m/min、焊接速度10mm/s；打底完成后，改用成形工艺参数进行实体部分堆积。图2所示为机械臂摆动路径示意图。

技术特征：

技术总结
一种单道电弧摆动增材成形大壁厚铝合金结构件的方法。该方法采用焊机提供热源配合机械臂摆动的方式实现单道电弧增材成形大壁厚铝合金结构件。规划好成形路径后，通过工艺试验得到所需的摆动参数，底部三层采用较成形电流大的焊接电流打底，上部采用成形工艺参数按规划路径堆积得到实体。本发明所提出的机械臂摆动方式单道成形的最大壁厚可达12‑20mm，熔池凝固时间增长，熔池内部气体含量减少，成形构件性能得到提高，也避免了多道搭接时道间性能不足的问题。该方法很好地实现了高性能铝合金结构件的研制。

技术研发人员：何智;王志敏;胡洋;步贤政;吴复尧;张铁军;姚为
受保护的技术使用者：北京航星机器制造有限公司
技术研发日：2017.04.17
技术公布日：2017.08.18