[发明专利]一种镁合金结构件的电弧增材制造方法及其所用设备

说明书

本发明提供了一种镁合金结构件的电弧增材制造方法及其所用设备，属于镁合金结构件制备技术领域。本发明首先构建目标结构件的三维实体模型，然后经切片处理，生成加工程序，并导入控制系统；将基板预热，以镁合金丝材为原料，按照所述加工程序在基板上进行电弧增材制造，得到镁合金结构件；所述电弧增材制造过程中，对所述镁合金丝材进行辅助加热，所述辅助加热的方式为将镁合金丝材与热丝电源的正极连接，将热丝电源的负极与基板或工作台连接，所述热丝电源的热丝电流为80～100A。本发明在电弧增材制造过程中对丝材辅助加热，在丝材熔融前去除丝材表面水分及杂质，可大幅度降低零件内部的氢气孔，且降低热输入。

技术领域

本发明涉及镁合金结构件制备技术领域，尤其涉及一种镁合金结构件的电弧增材制造方法及其所用设备。

背景技术

镁合金作为最轻质的金属工程结构材料，近年来引起了极大的关注。镁合金具有许多优异的特性，例如密度低、比强度和比刚度高、电磁屏蔽能力强、减震性能好、尺寸稳定、加工性能性能优良等，此外，还具有储量丰富、易回收的优势，被誉为“21世纪绿色环保工程材料”。目前，为了实现进一步的轻量化，生产整体结构件是镁合金应用的重要趋势。然而，整体结构件通常具有大尺寸和结构复杂的特点，传统的锻造和铸造加工方式难以实现。因此，需要寻找新的制造方法来生产镁合金整体结构件。而增材制造是基于离散、堆积原理，根据零件的三维模型采用材料逐层堆积形式实现零件的直接制造的方法。镁合金的增材制造主要有激光增材制造和电弧增材制造。

但是，激光增材制造和电弧增材制造均不可避免地会产生大量的气孔，而大量的气孔缺陷导致的低致密度会极大程度地降低镁合金结构件的抗拉强度、屈服强度和延伸率等机械性能。激光增材制造的气孔主要分为析出性气孔和反应性气孔，粉末缝隙间以及保护气等气体会溶解在熔池中，由于熔池快速凝固的特点，这些气体来不及溢出从而残留在熔池内部形成析出性气孔，反应性气孔主要由于高温导致的镁元素烧结，镁蒸汽来不及逸出，在熔池中冷却形成的。电弧增材制造的气孔主要来源于高热输入下丝材及空气中水分分解产生的氢气孔。针对气孔缺陷这一问题，很多研究者通过控制相关的工艺参数实现了一定程度的改善，其中激光增材制造通过调整扫描速率和扫描间距等手段改善气孔缺陷，而电弧增材制造通过调整电流大小、脉冲频率和送丝速度等手段改善气孔缺陷，但是仍然不能从根本上解决气孔缺陷的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种镁合金结构件的电弧增材制造方法及所用设备，本发明所提供的电弧增材制造方法能够从根本上有效减少气孔缺陷，得到高质量镁合金结构件，同时还能避免熔滴飞溅和熔道塌陷的问题。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种镁合金结构件的电弧增材制造方法，包括如下步骤：

构建目标结构件的三维实体模型，然后经切片处理，生成加工程序，并导入控制系统；

将基板预热，然后以镁合金丝材为原料，按照所述加工程序在基板上进行电弧增材制造，得到镁合金结构件；

所述电弧增材制造过程中，对所述镁合金丝材进行辅助加热，所述辅助加热的方式为将镁合金丝材与热丝电源的正极连接，将热丝电源的负极与基板或工作台连接，所述热丝电源的热丝电流为80～100A。

优选地，所述预热和电弧增材制造过程中，电弧长度为2.8～3.2mm，保护气为氩气，保护气的流量为18～22L/min。

优选地，所述预热为使用焊机在基板上进行电弧加热，其中焊枪或机床移动速度为200～300mm/min，脉冲频率为2～3Hz，峰值电流为180～200A，峰值电流时间占比为30～40％，基值电流占峰值电流比为15～20％，所述预热的时间以对基板加热的圈数计为1～2圈。

优选地，所述电弧增材制造过程中，焊枪或机床移动速度为200～300mm/min，送丝速度为300～400cm/min，层高为2.0～2.5mm，脉冲频率为2～3Hz。