[发明专利]一种可调节式磁场协同电弧增材系统及增材方法

说明书

本发明属于增材制造领域，具体涉及一种可调节式磁场协同电弧增材系统及增材方法。包括电弧熔积装置：包括焊枪；磁场发生装置：用于产生可调的磁场，包括磁力探伤仪，磁力探伤仪包括两个磁极，两个磁极与磁力探伤仪的主体转动连接，两个磁极设置在焊枪的两侧。通过本申请的磁力产生装置，可以产生不止一种方向的外加磁场，当施加横向磁场时有利于熔融金属和热量向熔池后方输运且有利于直接冲刷熔池的结晶面，使得枝晶前沿温度梯度和溶质浓度降低，枝晶前端成分过冷增大，从而有助于细化晶粒；当施加纵向磁场时，它有助于提高单焊道的宽高比，从而有助于提高搭接精度以及熔积层表面质量；在理论上，这个装置可以满足产生任何方向磁场的需求。

技术领域

本发明属于增材制造领域，具体涉及一种可调节式磁场协同电弧增材系统及增材方法。

背景技术

电弧增材成形制造技术是一种以丝材为成形材料，电弧热为热源，然后按照设定成形路径在基板上堆积层片，层层堆敷直至金属零件成形完毕的增材制造技术。它具有熔积效率高，材料利用率高等特点。在大中型金属零件快速制造、修复再制造等领域具有广阔的应用前景，而且因为其制造成本相较于以激光作为热源的增材制造技术低，从而与激光增材制造的高精度制造形成了优势互补。

然而，在电弧增材成形制造过程中，多道焊缝熔覆带来的连续热循环作用使得成型件的微观组织受热输入影响较大，特别是对于铝以及铝合金这种热导率较大的材料，热影响的效果就将变得更加显著。主要表现为晶粒粗大，组织偏析严重，气孔夹渣缺陷等。因此，电弧增材制造出的成型件的组织还存在一些问题。

针对上述问题，现有的工艺装置多数为只能施加横向或者纵向的磁场来协同电弧进行增材制造。上述这些磁场协同电弧增材系统利用电磁力在电弧熔积过程中驱动熔池强制对流和搅拌熔池，从而可以细化晶粒，调控成形零件微观组织并减少缺陷。但是它们只能产生一种方向的磁场，考虑到由于不同方向的磁场会对增材成型产生不同的优化效果，例如在纵向磁场作用下，单焊道的宽高比增大，形成宽而平的焊道横截面形貌，同时电磁搅拌有利于熔池金属填充焊道之间的“低谷”区域，从而有助于提高搭接精度以及熔积层表面质量。而外加横向磁场则可使熔池中产生沿头部至尾部的强制对流，使熔滴的入射也偏向熔池后方，这种作用有利于熔融金属和热量向熔池后方输运，且有利于直接冲刷熔池的结晶面，使得枝晶前沿温度梯度和溶质浓度降低，枝晶前端成分过冷增大，从而有助于细化晶粒。

综上所述，现有的磁场协同电弧增材系统只能施加某一个方向的磁场，不能更好地优化材料的组织。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可调节式磁场协同电弧增材系统及增材方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种可调节式磁场协同电弧增材系统，包括

电弧熔积装置：包括焊枪；

磁场发生装置：用于产生可调的磁场，包括磁力探伤仪，所述磁力探伤仪包括两个磁极，两个磁极与磁力探伤仪的主体转动连接，所述两个磁极设置在焊枪的两侧。

进一步的，所述磁力探伤仪通过夹持装置和焊枪连接。

进一步的，所述夹持装置包括焊枪固定夹和磁力探伤仪固定夹，所述焊枪固定夹和磁力探伤仪固定夹之间可转动连接。

进一步的，所述焊枪固定夹包括两个对称的夹片，夹片中间部分都为圆柱形，夹片的两端都为悬臂端，悬臂端钻有螺栓孔，两夹片由螺栓连接并被紧固在焊枪上。

进一步的，所述磁力探伤仪固定夹包括两个对称的夹片，两夹片中间部分形状为椭圆柱形，所述夹片的两端为设有螺栓孔的悬臂端，旋紧紧固螺栓使磁力探伤仪固定。

进一步的，所述焊枪固定夹靠近磁力探伤仪固定夹的夹片的中间部分开有螺栓孔，所述磁力探伤仪固定夹靠近焊枪固定夹的夹片的中间部分也开有螺栓孔，两个固定夹是通过连接螺栓进行栓接；