[发明专利]一种实时共振辅助CMT电弧增材高氮钢的方法

说明书

本发明公开一种实时共振辅助CMT电弧增材高氮钢的方法，包括以下步骤：将电弧增材基板刚性固定于工作平台，模态分析系统监测工作平台振动、电磁激振器垂直于工作平台并按照装配，并将产生的机械振动传递至整个基板及工件，使用信号发生器控制扫频、模态分析系统观测寻找高氮钢增材的共振频率及振动加速度并进行增材，完成增材道数后重新调整共振频率，直至完成增材的过程。本方法通过在电弧增材高氮钢中加入了高频振动辅助，使得焊接过程中的熔池产生机械振动，达到搅拌熔池、使得熔池内杂质析出，细化晶粒、提升高氮钢增材件力学性能的作用，具有较强的工程应用价值。

技术领域

本发明属于电弧增材制造技术领域，具体涉及一种实时共振辅助CMT电弧增材高氮钢的方法。

背景技术

高氮钢的强度和韧性较高，同时它还具有较好的耐腐蚀性，是国际上研究的较为热门的材料之一。但是在电弧增材过程中，高氮钢存在着较多的问题，其中最主要的问题之一就是增材过程中产生的杂质，这些杂质部分来源于高氮钢内部元素，部分来源于高氮钢中的Mn，由于保护气中含有氧气，为Mn氧化物提供了良好的反应条件，因此，产生了由Mn氧化物为主的大量夹杂物，这些夹杂物的空间分布不均匀，且夹杂物的尺寸为0.1-1.0μm，这些夹杂物的存在往往在裂纹扩展的过程中起到促进作用，影响了高氮钢电弧增材构件的综合力学性能。

冷金属过渡焊接(CMT)作为一种优化的GMAW焊接方法，由于其沉积速率高，热输入低，可多角度焊接，已被广泛用于电弧增材制造。双丝GMAW工艺用于制造具有高沉积速率的金属物体，具有效率高、变形小等优点。

使用CMT电弧增材高氮钢的优点及缺点很明显，由于CMT焊接方法具有较高的熔覆效率及较小的热输入，使得使用该方法电弧增材高氮钢零件具有高效率及小变形、低残余应力的优点，但又由于CMT焊接方法较低的热输入，导致了在焊接高氮钢的过程中存在熔池较浅、熔池凝固较快、焊接生成的杂质难以析出从而影响高氮钢零件力学性能的问题。

目前对于电弧增材过程中施加高频振动辅助的研究较少，专利一种高频振动辅助激光焊接铝合金的方法(申请号：201810330458.1)中介绍了一种通过在对铝合金焊接时施加高频振动辅助铝合金焊接的方法，该方法能细化晶粒，改善焊件的力学性能，但是没有进行高频振动对熔池中杂质的影响的研究。专利基于电磁式激振器的高频振动激光焊接工艺(申请号：201510254174.5)介绍了一种基于电磁式激振器的高频振动激光焊接工艺，该方法能大幅提高激振频率，灵活改变激振方向，但是该专利并未考虑在焊接过程中，整体工件形状变化对其整体固有频率的影响，这会导致在焊接过程中振幅下降、影响焊接质量的可能发生。

发明内容

基于CMT电弧增材高氮钢时由于CMT工艺因素导致的热输入较低、熔池小、凝固快，焊缝内杂质难以析出从而凝固于焊缝中，进而影响增材件力学性能的问题，提供一种实时共振辅助CMT电弧增材高氮钢的方法。

本发明提供一种实时共振辅助CMT电弧增材高氮钢的方法，具体实施步骤如下：

步骤一、将基板刚性固定于工作平台上，开启电磁激振器，用功率放大器、信号发生器控制扫频，使用模态分析系统寻找适合整体部件的共振频率及振动加速度；

步骤二、在使用选定共振频率、加速度的情况下开始第一道电弧增材，在增材过程中使用模态分析系统实时监测振幅，单层增材完成后进行打磨；

步骤三、在增材一定道数X后，重新寻找适合整体部件的共振频率；

步骤四：重复步骤二、三，直至完成增材。

基板与工作平台刚性连接，模态分析系统固定于工作平台，电磁式激振器固定于工作平台内部地面，激振方向与工作平面垂直，按安装说明保留一定间隙，电磁激振器由功率放大器、信号发生器进行控制，激振力通过工作平台传递至基板及增材件，在适合整体构件的共振频率及加速度下进行增材，并在增材过程中实时保证整体机构处于共振状态。