[发明专利]一种基于旁路双丝等离子弧的金属间化合物增材制造方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于旁路双丝等离子弧的金属间化合物增材制造方法及装置，属于金属化合物制成领域。本发明的装置由一个等离子电源、等离子焊枪、双丝机构、分流模块及控制系统等组成。增材时，开启等离子电源，引燃等离子弧，两根异种金属焊丝同步送到电弧中心，通过调节两根丝材的熔合比来控制金属间化合物的组成。本发明通过电弧增材制造直接生产金属间化合物结构件，可精确控制金属间化合物成分，降低其制造成本，提高增材效率和成形精度，改善结构件性能，是一种高效率、低成本的制备金属间化合物新技术。

技术领域

本发明属于金属化合物制成领域，尤其涉及一种基于旁路双丝等离子弧的金属间化合物增材制造方法及装置。

背景技术

金属间化合物具有与原金属不同的结晶结构和原子结构，能形成新的有序超点阵结构，具有许多与众不同的性质，而有别于目前广泛应用的金属或合金。在近几十年里得到了快速发展，应用领域也在逐渐扩大。例如，TiAl基金属间化合物(也称TiAl合金)是一种新型轻质的高温结构材料，密度不到镍基合金的50％，具有轻质高强、耐蚀耐磨、耐高温以及优异的高温力学性能等优点。NiTi金属间化合物具有优良的机械性能、抗腐蚀性、形状记忆效应、超弹性、阻尼特性和生物相容性等。FeNi金属间化合物根据Fe含量梯度分布可以广泛用于吸波材料、硬质合金、磁性材料等。因此，人们对金属间化合物的制备方法展开了深入的研究和探索。然而，传统制备方法如机械合金法、液相还原法、等离子烧结、铸造等，不能兼顾成本、效率、性能等方面。电弧增材制造由于其成本低、灵活性好、效率高等受到广泛关注，特别适合大型金属间化合物结构件的增材制造，但传统电弧热源的加热范围大、熔化区域宽，使得金属间化合物的控形控性变得十分困难。

基于此，本发明提出一种旁路双丝等离子弧金属间化合物增材制造方法，利用能量高度集中的等离子弧作为热源，将两根异种金属丝材直接送入等离子弧中心，并通过焊丝分流部分等离子弧电流，这样既可减少流经基材的电流，又可利用热丝电弧提高丝材的熔敷效率。增材时，通过调整两丝材的分流电流可控制两种金属的熔合比和熔化效率，并通过保护气体来防止金属间化合物的氧化、氮化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改善传统金属间化合物制备方法的效率低、成本高、精度差等问题的基于旁路双丝等离子弧的金属间化合物增材制造方法，本发明的目的是这样实现的：

一种基于旁路双丝等离子弧的金属间化合物增材制造方法，包括离子焊接电源1、旁路焊丝3和焊丝7、送丝机构4和6、分流模块2和8、旁路电流调节系统9和12、电流传感器10、基板11和等离子钨极5；具体步骤如下：

步骤1：取与金属间化合物成分相近的板材作为基板11，焊前预热，预热温度为100到200度；

步骤2：焊接前，连接所有焊接设备与装置，保证焊枪等离子钨极5轴线与基板11基本垂直，焊接材料如果有易氧化氮化金属需要在熔敷层上方加装保护气罩；

步骤3：调整焊枪保护气喷嘴距工件的高度8-12mm，调整等离子钨极内缩量0.8-2.4mm，调整旁路焊丝3、焊丝7与等离子钨极5夹角为30-60度，调整旁路焊丝与焊丝间夹角为60-90度，同时确保两个焊丝直接送入到等离子弧的中心；

步骤4：根据所需制造的金属化合物成分和二元合金相图确定各组分含量，根据基板材料确定第一层焊道电流，通过该金属间化合物的热处理分析数据确定合适的流入上一层焊道的电流Im，通过Im和元素组分含量确定分流电流和双丝的直径；

步骤5：根据步骤计算分流电流和实际增材制造需要设定焊接工艺参数；

步骤6：开启等离子焊接电源1和分流模块2、分流模块8，启动高频引弧器引燃等离子弧，通过小弧确定旁路焊丝3、焊丝7是否送入电弧中心，然后启动送丝机构4、6进行焊接；焊接过程中，通过电流传感器10检测流经工件的焊接电流，同时利用旁路电流调节系统9和12调节旁路焊接电流的大小来控制金属间化合物组分。