[发明专利]用于梯度材料制造的辅助填丝GMA增材制造装置及方法

说明书

本发明公开了一种用于梯度材料制造的辅助填丝GMA增材制造装置及方法。所述装置包括GMAW弧焊电源与送丝机、GMAW焊枪、两个导丝嘴以及两台辅助填丝送丝机，其中：送丝机用于输送熔化极焊丝，其送丝软管与GMAW焊枪连接；GMAW焊枪垂直设置在熔池正上方，用于引导熔化极焊丝送入熔池，所产生的电弧位于熔化极焊丝与熔池之间；两台辅助填丝送丝机分别用于输送与同质填充焊丝和异质填充焊丝，其送丝软管分别与两个导丝嘴连接；两个导丝嘴固定在GMAW焊枪前端，用于引导同质填充焊丝和异质填充焊丝送入熔池。本发明解决了传统的GMA增材制造过程中成形件热积累严重以及无法实现成分连续调节的问题。

技术领域

本发明属于高效电弧增材制造技术领域，涉及一种GMA增材制造装置及方法，具体涉及一种用于梯度材料制造的辅助填丝GMA增材制造装置及方法。

背景技术

熔化极气体保护电弧(Gas metal arc，GMA)增材制造是一种金属材料增材制造工艺，该工艺以焊接电弧为热源，金属焊丝为填充材料，逐层逐道熔敷成形，具有设备成本低、熔敷效率高、材料利用率高、成形工件力学性能优异等优点。

然而，传统的GMA增材制造工艺在能量分布上存在不合理性。熔敷电流在加热并熔化焊丝的同时，也对成形件产生了过多的热输入。在逐层逐道熔敷过程中，成形件经历了多重加热，热积累严重。若在此基础上继续熔敷，则容易造成熔池过热，影响成形，甚至引发熔池金属流溢。同时，熔池过热也会使熔敷道组织粗大，成形件性能恶化。

不仅如此，传统的GMA增材制造工艺也受到了加工材料种类的限制，只能通过道间更换焊丝的方法来改变熔敷道成分，而这种调整方式不仅操作繁琐，而且受到了焊丝种类的限制，熔敷道成分无法连续调节，难以实现梯度材料的熔敷制备。

因此，迫切需要提出一种高效的GMA增材制造工艺，使其更多的能量用于熔化填充金属，降低对成形件的热输入，同时能够实现熔敷道成分的连续调节。

发明内容

为了解决传统的GMA增材制造过程中由于能量分配的不合理性所导致的成形件热积累严重的问题，以及加工材料种类受限，只能通过更换焊丝来改变熔敷道成分，无法实现成分连续调节的问题，本发明提供了一种用于梯度材料制造的辅助填丝GMA增材制造装置及方法。本发明既可以用于电弧增材制造，又可以用于梯度材料的电弧增材制造。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种用于梯度材料制造的辅助填丝GMA增材制造装置，包括GMAW弧焊电源与送丝机、GMAW焊枪、两个导丝嘴以及两台辅助填丝送丝机，其中：

所述的送丝机用于输送熔化极焊丝，其送丝软管与GMAW焊枪连接；

所述的GMAW焊枪垂直设置在熔池正上方，用于引导熔化极焊丝送入熔池，所产生的电弧位于熔化极焊丝与熔池之间；

所述的两台辅助填丝送丝机分别用于输送与熔化极焊丝成分相同的同质填充焊丝和与熔化极焊丝成分相异的异质填充焊丝，其送丝软管分别与两个导丝嘴连接；

所述的两个导丝嘴固定在GMAW焊枪前端，用于引导同质填充焊丝和异质填充焊丝送入熔池。

一种利用上述装置实现用于梯度材料制造的辅助填丝GMA增材制造方法，包括以下步骤：

步骤一：根据路径规划、参数规划的结果设置熔敷规范参数；

步骤二：当GMAW焊枪到达起弧点时，向GMAW弧焊电源发送起弧命令，在熔化极焊丝与基板(或成形件的已成型部分)之间起弧，形成熔池，开始熔敷；0.2～0.5秒之后接通两台辅助填丝送丝机的送丝开关，向熔池中持续填丝；

步骤三：当GMAW焊枪到达熄弧点时，断开两台辅助填丝送丝机的送丝开关，停止填丝；GMAW焊枪在熄弧点停留0.2～0.5秒后熄弧，完成一条熔敷道的熔敷加工；