本发明属于制备钛合金大尺寸构件，具体涉及一种大尺寸钛合金增材制造装置及方法。
背景技术：
1、目前，钛合金大尺寸零件一般采用铸造和3d打印联合制备，钛合金大尺寸零件的直径为2000mm以上。tc4钛合金的材料组成为ti-6al-4v，属于(α+β)型钛合金，采用铸造和3d打印联合制备钛合金大尺寸零件，由于薄壁空间异形结构在铸造结构之内，薄壁空间异形结构由于铸造工艺的限制必须3d打印。但是，在受限空间内实现3d打印薄壁空间异形结构仍存在诸多问题，且散热过快，ti-6al-4v容易快速凝固，导致构件α′马氏体相由于溶质元素的过饱和固溶，使得其晶格畸变严重，导致硬脆。如何减少α马氏体相含量，增加塑韧性较好的α相与β相含量，实时地改善构件整体塑性，防止大尺寸钛合金零件热应力开裂是对突破大尺寸钛合金增材制造件关键的技术瓶颈。因此，设计一种大尺寸钛合金增材制造装置及方法是很有必要的。
技术实现思路
1、针对上述问题，本发明的目的在于提供一种大尺寸钛合金增材制造装置及方法，以实时地改善大尺寸钛合金零件整体塑性，防止大尺寸钛合金零件热应力开裂。
2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
3、本发明一方面提供一种大尺寸钛合金增材制造装置，包括：
4、空间环境制备系统，用于提供增材制造的工艺环境；
5、温控胎具变位机，用于承载含稀土元素的钛合金空间薄壁零件，且温控胎具变位机能够驱动含稀土元素的钛合金空间薄壁零件旋转及进行温控；含稀土元素的钛合金空间薄壁零件具有受限空间；
6、氩弧焊机器人系统，包括机器人及设置于机器人执行末端的焊枪，其中机器人通过倒挂方式固定，焊枪用于在含稀土元素的钛合金空间薄壁零件的受限空间内进行连续堆焊增材，以形成受限回转薄壁壳；
7、受限作业空间散斑温控模块，设置于焊枪上，受限作业空间散斑温控模块用于控制堆焊熔池的凝固速度。
8、在一种可能实现的方式中，所述温控胎具变位机包括变位机及设置于变位机上的温控台，其中温控台上设置含稀土元素的钛合金空间薄壁零件，温控台用于温控；变位机用于带动温控台及含稀土元素的钛合金空间薄壁零件旋转。
9、在一种可能实现的方式中，所述焊枪通过含稀土元素的高温母合金焊丝在所述含稀土元素的钛合金空间薄壁零件的受限空间内进行堆焊，形成含稀土元素的高温合金熔池，所述变位机驱动所述含稀土元素的钛合金空间薄壁零件旋转，使含稀土元素的高温合金熔池连续增长，所述温控台为含稀土元素的高温合金熔池提供冷却温度，含稀土元素的高温合金熔池凝固形成熔覆层。
10、在一种可能实现的方式中，所述受限作业空间散斑温控模块包括光纤、支架和光学透镜，其中支架安装在所述焊枪的外侧，光学透镜安装在支架上，且光学透镜倾斜设置于激光路径上，光学透镜用于将激光扩散为加热散斑光条，且照射至熔覆层上，加热散斑光条具有梯度温度场。
11、在一种可能实现的方式中，所述加热散斑光条的梯度温度场沿远离所述含稀土元素的高温合金熔池的方向温度逐渐降低。
12、在一种可能实现的方式中，所述焊枪的形状为弧形结构。
13、在一种可能实现的方式中，所述空间环境制备系统包括真空室及设置于真空室上的控制单元、真空单元、氩气单元、氢气单元和水冷及温控单元。
14、本发明另一方面提供一种利用如上所述的大尺寸钛合金增材制造装置的增材制造方法，该方法包括以下步骤：
15、步骤s1：通过空间环境制备系统建立增材制造的工艺环境；
16、步骤s2：氩弧焊机器人系统通过含稀土元素的高温母合金焊丝在含稀土元素的钛合金空间薄壁零件的受限空间内进行堆焊，形成含稀土元素的高温合金熔池；
17、步骤s3：变位机驱动含稀土元素的钛合金空间薄壁零件旋转，使含稀土元素的高温合金熔池沿周向连续增长；温控台为含稀土元素的高温合金熔池提供冷却温度，使含稀土元素的高温合金熔池凝固为熔覆层；
18、步骤s4：光纤向熔覆层输出激光，光学透镜将激光扩散为加热散斑光条，通过加热散斑光条的梯度温度场控制熔覆层呈梯度凝固；
19、步骤s5：重复步骤s2至步骤s4，进行连续堆焊，使熔覆层沿高度方向增长，直至完成一个受限回转薄壁壳；
20、步骤s6：继续完成n个受限回转薄壁壳，n个受限回转薄壁壳间隔设置且同心。
21、在一种可能实现的方式中，所述增材制造的工艺环境为具有稳定含量的氩气和氢气氛围。
22、本发明的优点及有益效果是：本发明提供的一种大尺寸钛合金增材制造装置，通过机器人空间特定运动轨迹和经过离线编程仿真验证的焊接末端执行器，在受限空间内实现3d打印；受限作业空间散斑温控模块减少α马氏体相含量，增加塑韧性较好的α相与β相含量，通过实时地改善大尺寸钛合金零件整体塑性，防止大尺寸钛合金零件热应力开裂；受限作业空间散斑温控模块有效解决熔池散热过快，ti-6al-4v容易快速凝固，从而导致构件α′马氏体相由于溶质元素的过饱和固溶，使得其晶格畸变严重，进而导致硬脆的问题。
23、本发明通过控制相变过程对应力进行缓释控制的思路，精确控制凝固过程温度梯度；采用有限元模拟软件温度场模型，实现激光散斑加热策略，进而实现大尺寸钛合金增材制造温控系统。
24、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
25、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
1.一种大尺寸钛合金增材制造装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的大尺寸钛合金增材制造装置，其特征在于，所述温控胎具变位机（5）包括变位机（501）及设置于变位机（501）上的温控台（502），其中温控台（502）上设置含稀土元素的钛合金空间薄壁零件（6），温控台（502）用于温控；变位机（501）用于带动温控台（502）及含稀土元素的钛合金空间薄壁零件（6）旋转。
3.根据权利要求2所述的大尺寸钛合金增材制造装置，其特征在于，所述焊枪（201）通过含稀土元素的高温母合金焊丝（7）在所述含稀土元素的钛合金空间薄壁零件（6）的受限空间内形成含稀土元素的高温合金熔池（9），所述变位机（501）驱动所述含稀土元素的钛合金空间薄壁零件（6）旋转，使含稀土元素的高温合金熔池（9）连续增长，所述温控台（502）为含稀土元素的高温合金熔池（9）提供冷却温度，含稀土元素的高温合金熔池（9）凝固形成熔覆层（10）。
4.根据权利要求3所述的大尺寸钛合金增材制造装置，其特征在于，所述受限作业空间散斑温控模块（3）包括光纤（11）、支架（4）和光学透镜（12），其中光纤（11）设置于所述焊枪（201）上，光纤（11）用于输出激光，支架（4）安装在所述焊枪（201）的外侧，光学透镜（12）安装在支架（4）上，且光学透镜（12）倾斜设置于激光路径上，光学透镜（12）用于将激光扩散为加热散斑光条（14），且照射至熔覆层（10）上，加热散斑光条（14）具有梯度温度场。
5.根据权利要求4所述的大尺寸钛合金增材制造装置，其特征在于，所述加热散斑光条（14）的梯度温度场沿远离所述含稀土元素的高温合金熔池（9）的方向温度逐渐降低。
6.根据权利要求1所述的大尺寸钛合金增材制造装置，其特征在于，所述焊枪（201）的形状为弧形结构。
7.根据权利要求1所述的大尺寸钛合金增材制造装置，其特征在于，所述空间环境制备系统（1）包括真空室（101）及设置于真空室（101）上的控制单元（102）、真空单元（103）、氩气单元（104）、氢气单元（105）和水冷及温控单元（106）。
8.一种利用权利要求5所述的大尺寸钛合金增材制造装置的增材制造方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的增材制造方法，其特征在于，所述增材制造的工艺环境为具有稳定含量的氩气和氢气氛围。