[发明专利]一种异种金属复合结构成形系统及方法

说明书

本发明属于异种金属结合/连接领域，公开了一种异种金属复合结构成形系统及方法，包括熔滴驱动模块、熔炼模块、支撑元件、TIG热源模块、上位机和三维平台运动模块；熔滴驱动模块和熔炼模块均通过支撑元件支撑在三维平台运动模块上方，熔滴驱动模块一端伸入支撑元件内部并与熔炼模块连接，TIG热源模块以预设角度固定在三维平台运动模块上方，熔滴驱动模块、熔炼模块和三维平台运动模块均与上位机连接；上位机用于控制熔炼模块以预设温度熔炼第一金属材料，熔滴驱动模块以预设驱动参数及波形喷射熔炼的第一金属材料，三维平台运动模块带动表面设置的第二金属材料以预设路径移动。该系统及方法能够实现异种金属的直接复合，且成本低，效率高。

技术领域

本发明属于异种金属结合/连接领域，涉及一种异种金属复合结构成形系统及方法。

背景技术

随着科学技术的飞速发展以及某些特殊领域的特殊需求，工程应用对新材料新工艺的需求逐渐增加，而单一金属材料性能逐渐难以满足需要，即使适用也往往会受到材料成本等因素的制约。由不同种金属材料组成的异种金属复合结构能够取长补短，充分发挥每种材料的优势，因此得到广泛应用。

异种金属材料是指在化学组成、金相组织结构及性能等方面完全不同的材料，异种金属结合连接是将两种或两种以上的材料在特定的工艺参数下实现连接，将异种金属连接起来，其优点是能够实现异种材料对工作条件的不同要求，并从节约成本、可行性研究，充分利用不同金属材料的性能优势。

针对核能工业中某部件，45钢/锡铅合金异种金属复合结构是其关键部件，该部件为大型空间复杂曲面结构。传统异种金属结合/连接方式如爆炸焊、摩擦焊和超声波焊等均无法直接应用于其复杂空间曲面结构，且无法对基体实现均匀预热处理，时间周期普遍较长。近年兴起的金属材料梯度结构增材制造技术，主要有电子束增材和激光熔覆，它们无法解决异种金属间熔点差异巨大问题，且一般需特制粉末或丝材，材料利用率低。针对于45钢/锡铅合金复合结构传统的结合方式为胶粘工艺，但胶粘的复合结构存在易老化、环境适应性差、长期稳定性差等问题，无法实现复合结构可靠性连接，影响其使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中45钢/锡铅合金难以稳定复合的缺点，提供一种异种金属复合结构成形系统及方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种异种金属复合结构成形系统，包括熔滴驱动模块、熔炼模块、支撑元件、TIG热源模块、上位机和三维平台运动模块；

熔滴驱动模块和熔炼模块均通过支撑元件支撑在三维平台运动模块上方，熔滴驱动模块一端伸入支撑元件内部并与熔炼模块连接，TIG热源模块以预设角度固定在三维平台运动模块上方，熔滴驱动模块、熔炼模块和三维平台运动模块均与上位机连接；

上位机用于控制熔炼模块以预设温度熔炼第一金属材料，控制熔滴驱动模块以预设驱动参数及波形喷射熔炼的第一金属材料，控制三维平台运动模块带动表面设置的第二金属材料以预设路径移动。

本发明异种金属复合结构成形系统进一步的改进在于：

所述熔滴驱动模块包括柱形压电促动器、压电控制器、激振杆、环壁水冷单元、水冷机和位移调节单元；激振杆包括双头螺纹细杆和底盘；

位移调节单元与支撑元件连接，柱形压电促动器位于支撑元件内部，柱形压电促动器一端连接位移调节单元，另一端通过柔性铰链连接双头螺纹细杆一端，双头螺纹细杆另一端通过底盘连接熔炼模块；位移调节单元用于调节双头螺纹细杆与熔炼模块之间的距离；压电控制器与柱形压电促动器连接，用于控制柱形压电促动器的驱动频率、驱动行程及驱动波形；

环壁水冷单元设置在柱形压电促动器外围，并与水冷机通过管路连接，管路上设置水阀，水冷机还与上位机连接。

所述位移调节单元包括自上而下依次连接的光轴固定环、中空螺帽和阶梯轴连杆；