[发明专利]一种改善增材制造晶粒尺寸的方法

说明书

本发明公开一种改善增材制造晶粒尺寸的方法，在CMT增材制造中进行超声振动，并对已经成形的构件表面进行超声冲击处理，以使构件表面发生塑性变形，构件表层晶粒被细化。本发明采用CMT和超声振动的复合增材制造，并在制造后进行超声冲击处理，构件的晶粒尺寸减小，从而提高增材制造构件的致密度以及力学性能。

技术领域

本发明涉及电弧增材制造领域，更加具体地说，尤其涉及一种改善增材制造晶粒尺寸的方法。

背景技术

冷金属过渡(cold metal transfer,CMT)技术是奥地利福尼斯公司在钢与铝焊接、无飞溅引弧技术以及微连接技术基础之上开发成功的一种低热输入量焊接工艺。CMT技术的创新之处在于将熔滴过渡与送丝过程相结合，真正实现了无飞溅焊接；由于对熔滴过渡过程的有效控制，在降低焊接热输入的同时可以实现金属构件电弧增材制造的成形控制。增材制造(additive manufacturing,AM)技术是通过采用材料逐层累加的方法制造实体零件的技术，相对于传统的切削加工技术，是一种自下而上材料累加的制造方法。但是，利用CMT焊接技术进行金属构件电弧增材制造时，成形的大量柱状晶，对构件力学性能有一定影响。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种改善增材制造晶粒尺寸的方法，在CMT增材制造中使用超声冲击处理基板并逐层超声冲击的方法，构件的晶粒尺寸减小，从而提高增材制造构件的致密度以及力学性能。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：

一种改善增材制造晶粒尺寸的方法，在CMT增材制造过程中，在基板上进行超声振动(即针对基板的超声冲击)，以确保增材制造过程中，均有超声振动作用于基板；在每一层CMT增材制造后(即堆焊一层焊缝后)即在焊缝凝固成型之前对焊缝进行超声冲击处理，超声冲击设备的输出端始终垂直于焊缝表面(即超声冲击设备的输出端位于焊缝表面的法线方向)，对每一道焊缝的超声冲击位于焊缝的顶端和两侧(即从焊缝的横截面来看，超声冲击的位置在焊缝的顶端和两侧)，即一个垂直向下方向和两个水平方向。

而且，基板为铝合金6061、镁合金AZ31或者钛合金TA15。

而且，CMT焊丝为ER4043，焊丝选用采用直流冷金属过渡技术(cold metaltransfer,CMT)进行铝合金电弧增材制造。

而且，利用CMT铝合金一元化程序进行增材制造，即通过设定送丝速度，焊接过程中，焊接电流，焊接电压根据一元化程序自动匹配，CMT冷金属过渡焊采用铝合金程序，平均电流为80—90A，平均电压为20—25V，送丝速度为4—6m/min，焊枪总体行走速度为0.3—0.5m/min，气体流量为10—20L/min。

而且，超声振动作用于基板的位置，距离CMT增材制造的构件80—100mm，将超声频率调为20—40kHz，振幅为20—35μm，在堆焊(即增材制造)前超声振动开启，堆焊结束后关闭超声振动，确保堆焊过程中，均有超声振动作用于基板。

而且，将超声冲击枪随着CMT焊枪一起运动且位于CMT焊枪之后(即超声冲击随焊CMT且位于CMT焊枪之后)，随焊过程中超声冲击始终作用于基板，产生对CMT增材制造的超声作用。

而且，针对基板的超声振动或者针对CMT增材制造层的超声冲击采用多排多针冲击头进行超声振动。

而且，对每一CMT增材制造层(即每一道焊缝)的超声冲击采用焊缝的顶端和两侧同时进行超声冲击的方式。

而且，对每一CMT增材制造层(即每一道焊缝)的超声冲击采用先对焊缝顶端进行超声冲击，再先后对焊缝两侧进行超声冲击。

而且，对每一CMT增材制造层(即每一道焊缝)的超声冲击位于焊缝的顶端和两侧，选择适当超声冲击设备的输出端，以对已成形的焊缝表面(即增材制备形成的构件表面)完全进行冲击。