[发明专利]金属构件丝极电熔增材制造方法及金属构件

说明书

本发明公开了一种金属构件丝极电熔增材制造方法，包括：(一)将电源的两极分别接至电熔头和基体，将金属丝极通过电熔头送于基体表面，并采用保护气体对电熔区域进行保护；(二)接通电源，在金属丝极与基体之间产生电弧，使金属丝极与基体表面局部熔化，在基体表面形成熔池；(三)在保护气氛中持续送进金属丝极，并控制电熔头与基体的相对移动轨迹，实现在基体上逐层打印成形，通过增材工艺制造出金属构件。相应的，本发明还公开一种采用上述方法制得的金属构件。采用本发明，效率高、稳定性好、制得的金属构件力学性能优异，并具有良好的组织特征。

技术领域

本发明涉及一种金属构件，尤其涉及一种金属构件丝极电熔增材制造方法，以及采用上述方法制得的金属构件。

背景技术

目前，重型设备行业关键构件如核电、石化行业压力容器所用低合金高强度钢、耐热合金材料、冶金辊子钢、电站转子钢及航天领域的钛合金结构件等构件材料主要采用铸锻技术实现，使用数百吨级大型钢锭冶炼、铸造和万吨液压机等重型锻造工业装备锻压成形，并辅以最终机加工。该传统方法基本能够满足技术质量要求，但制造工序繁多、生产周期长、材料利用率低，导致构件成本高昂；另一方面，囿于铸造技术和锻造压机吨位的限制，大型设备如核电、石化容器主要采用分段锻制后再多段组焊的方式解决，铸锻工艺的问题将直接影响了后续的焊接和机加工，因此造成整体工艺复杂、化学与力学性能控制难度大，质量稳定性差，废品率高的缺点。同时现有的这种制造工艺组合也难以满足新型产品快速研制和批量生产的进度要求。

丝极电熔增材制造技术，基于目前先进的气体保护焊焊接方法，由于其生产效率高，焊接接头质量好等优点，在各行业包括容器分段筒体组焊，辊子钢的堆焊修复，以及特殊件内壁堆焊不锈钢工艺等方面被广泛应用。但对于希望利用该技术在大型工件快速增材制造，也即直接丝极电弧增材成形方面，由于诸多工艺难点还鲜有实际应用。这些难点包括整体系统设备的设计制造，打印过程精确测温、控温系统开发；对应成形工件的金属丝极和适宜的保护气体的研发和制备；以及最重要的，攻克重型金属构件大尺寸和复杂形状的丝极电弧增材成形过程中裂纹、气孔、化学偏析等。如何研发并稳定成熟丝极电熔增材制造工艺，满足要求越来越高的各行业重型金属构件的力学和化学性能是一个重大的课题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种金属构件丝极电熔增材制造方法，效率高、稳定性好、制得的金属构件有良好的组织特征，且力学性能优异。

本发明所要解决的技术问题还在于，提供一种金属构件，所述金属构件力学性能优异、成品率高。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种金属构件丝极电熔增材制造方法，包括：

(一)将电源的两极分别接至电熔头和基体，将金属丝极通过电熔头送于基体表面，并采用保护气体对电熔区域进行保护；

(二)接通电源，在金属丝极与基体之间产生电弧，使金属丝极与基体表面局部熔化，在基体表面形成熔池；

(三)在保护气氛中持续送进金属丝极，并控制电熔头与基体的相对移动轨迹，实现在基体上逐层打印成形，通过增材工艺制造出金属构件。

作为上述方案的改进，根据成形金属构件材料不同，所述金属丝极的直径为0.8mm～2.4mm。

作为上述方案的改进，所述电源为直流电源、交流电源或直流脉冲电源；

当电源为直流脉冲电源时，所述直流脉冲电源的脉冲频率及占空比可调，根据金属丝极直径的不同，基值电流为30A～200A，峰值电流为200A～800A。

作为上述方案的改进，所述保护气体通过送气系统送至基体表面，所述送气系统与电熔头连接，保护气体通过送气系统和电熔头送至电熔头区域，仅对熔池进行保护，保护气体的流量为10～30L/min。