[发明专利]一种金属熔丝增材制造中晶粒细化装置及方法

说明书

本发明提供了一种金属熔丝增材制造中晶粒细化装置及方法，装置包括增材制造工作平台、工件平台、支架、送丝机构、焊接机构、随动机构和超细超声机构，在支架上安装丝杆，在丝杆上配合焊接丝母和随动丝母，工件平台设置在增材制造工作平台尚，焊接机构包括焊枪、焊接夹具和焊接电源，焊接夹具固定在焊接丝母上，焊枪安装在焊接夹具下端，随动机构包括随动夹具、连接板和伸缩调节机构，随动夹具固定在随动丝母上，伸缩调节机构固定在随动夹具下端，连接板连接伸缩调节机构和超细超声机构，超细超声机构和送丝机构布置在焊枪的两侧。本发明超细超声机构能够紧随液态熔池移动，将超声高效引入液态熔池，超声作用效率高，对熔池作用效果均匀。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，尤其是涉及一种金属熔丝增材制造中晶粒细化装置及方法。

背景技术

金属熔丝增材制造技术是一种高效率、低成本、适合制造大型构件的增材制造方法，其常见的方法有TIG电弧熔丝增材制造、等离子弧熔丝增材制造、激光熔丝增材制造以及CMT增材制造等，其制造原理即是根据所需，选择金属丝材，通过热源将丝材熔化从而实现增材制造过程。这类方法获得的构件组织通常为粗大的铸态枝晶组织/枝晶以及等轴晶混合组织，呈现出明显的各向异性，这些问题严重影响了构件的使用安全与寿命。因此如何解决构件组织粗大/各向异性等问题，备受广大学者关注。

促进形核是细化晶粒的有效途径之一，即，采用一定的方法，在熔丝增材制造凝固过程中增加形核质点即可达到细化组织的目的。目前，常用的方法是通过添加外来形核质点、振动破碎枝晶的方式来增加熔池凝固过程中的形核质点。通过在熔覆层表面预涂敷细化剂粉末的方式，将适量的细化剂粉末引入金属熔池，在熔池凝固过程中，增加形核质点，从而达到细化晶粒的目的。这种方法虽然能够对构件组织起到一定的细化作用，但是不足之处也极为显著。如，很难获得均匀的细化剂涂敷，依靠熔池自身流动很难将细化剂在熔池内部均匀分散，因此很难获得整体细化的构件组织。又如采用振动破碎熔池凝固过程中产生的枝晶，增加形核质点，但是这种方式的冲击频率较低，不能使凝固过程中的熔池均受振动作用，同时亦不能有效的将形核质点均匀的分散在熔池内部，并且现有的超声的方式，都是固定不动的，超声细化效果不好，因此有必要设计一种全新的金属熔丝增材制造中晶粒细化装置来解决上述问题。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种金属熔丝增材制造中晶粒细化装置及方法，超细超声机构能够紧随液态熔池移动，将超声高效的引入液态熔池，超声作用效率更加高，对熔池的作用效果也更加均匀。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种金属熔丝增材制造中晶粒细化装置，包括增材制造工作平台、工件平台、支架、送丝机构、焊接机构、随动机构和超细超声机构，所述的支架固定在增材制造工作平台上，在支架上安装丝杆，所述丝杆由电机电动，在丝杆上配合两个丝母，其中一个是焊接丝母，一个是随动丝母，所述的工件平台设置在增材制造工作平台的中心处，所述焊接机构包括焊枪、焊接夹具和焊接电源，所述的焊接夹具固定在焊接丝母上，所述的焊枪安装在焊接夹具的下端，所述的焊接电源为焊枪供电，所述的随动机构包括随动夹具、连接板和伸缩调节机构，所述的随动夹具固定在随动丝母上，所述的伸缩调节机构固定在随动夹具的下端，所述的连接板连接伸缩调节机构和超细超声机构，所述的超细超声机构和送丝机构布置在焊枪的两侧，所述超细超声机构包括依次连接的超细超声工具头、变幅杆和换能器，所述换能器与超声电源连接，增材制造时，工件平台配合向下运动。

进一步的，所述伸缩调节机构包括套筒、上连接座、下连接座和压缩弹簧，所述上连接座与套筒的上端连接，所述下连接座与套筒的下端连接，所述压缩弹簧设置在套筒内，且压缩弹簧的上端套设在上连接座上，下端套设在下连接座上，所述上连接座与随动夹具固定连接，所述下连接座与连接板连接。

进一步的，所述超细超声工具头包括一体连接的连接段和超声输出段，所述连接段呈圆台状，且连接段的大径端与变幅杆连接，连接段的小径端与超声输出段连接，所述超声输出段为圆柱状结构，超声输出段的直径为10mm，超声输出段的端部为拇指状。