[发明专利]一种电弧增材制造原位固溶方法及系统

说明书

本发明提供一种电弧增材制造原位固溶方法及系统，包括如下步骤：(1)以电弧热源对合金丝材进行熔化，在基板表面增材制造出沉积层；(2)将沉积层加热到固溶温度，进行原位固溶；(3)原位固溶完毕后，将已固溶沉积层完全浸入冷却液中进行淬火；(4)淬火完毕后，以已固溶沉积层为基础，重复步骤(1)至步骤(3)，直至增材制造成完整的结构件，并使结构件整体完成原位固溶。本发明可以在电弧增材制造过程中对已沉积部分进行原位固溶，摆脱了热处理炉的限制，能够获得力学性能更优，残余应力更低的结构件，并且提高了制造效率。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，具体涉及一种电弧增材制造原位固溶方法及系统。

背景技术

增材制造技术因其加工速度快，材料消耗低，可以直接从三维模型转变为实体构件等优点，近些年来备受航空航天领域的关注。电弧熔丝增材制造技术是一种采用电弧为热源，不同种类的丝材为供给原料，自下而上，逐层打印的无模成型数字化制造技术。相较于其他类型的增材制造技术，其具有成形效率高、设备及原材料成本低、材料利用率高等优势，适用于大尺寸结构件的快速成形。

对于某些金属而言，固溶处理是提高力学性能的必要过程，固溶处理使得溶质原子溶入晶格发生畸变，从而增大位错运动的阻力，使金属的滑移变形更加困难，从而提高合金的力学性能；同时能够后续时效处理奠定基础。目前，在电弧增材制造大尺寸结构件时，由于某些结构件过大的尺寸，采用传统的热处理炉进行热处理具有一定的局限性。因此，需要一种可以在制造过程中对结构件进行原位固溶的方法，以解决大尺寸结构件固溶困难的问题，获得力学性能均匀良好的整体构件。

电磁感应加热技术是一种低成本、清洁、安全、精确的加热方法。通过调节相关参数(电流、电压等)，在加热线圈周围产生电磁场，磁场内部的工件由于涡流及磁滞效应而温度升高，从而达到相应的温度区间。其设备操作简单，成本可控，通过设计不同形状、尺寸的加热线圈可以对大多数零件进行无接触加热。

CN112008079A公开了一种原位热处理提高3D打印镍基高温合金力学性能的方法。其在激光3D打印过程中，利用低能量密度激光束对成形层进行原位二次激光扫描，实现原位热处理。能够快速消除残余应力，避免裂纹产生；析出纳米沉淀相，调控合金的显微组织，提高力学性能。但是，这种原位热处理方法并不适用于电弧熔丝增材制造。

CN109513932B公开了一种铝合金电弧增材制造在线热处理装置及方法。该发明在电弧增材制造过程中，通过加热装置和冷却装置等，对其成形零件的形状及组织进行控制和优化，减少缺陷的产生，提高打印零件的质量和性能。但该装置及方法中在线热处理装置跟随焊枪移动，无法进行充分长时间保温，难以实现原位固溶。

综上所述，现有原位热处理方法主要应用在激光增材制造领域，对于电弧熔丝增材制造技术不具有普适性，且几乎没有对原位固溶方法的报道。现有部分在线热处理设备较为笨重，成本高昂，具有较大的局限性。由于固溶处理是部分金属材料提高力学性能所必需的，而传统热处理工艺受到热处理炉以及时间的限制，难以适用于大型构件的热处理。因此，发展一种应用于电弧增材制造且对大多数固溶强化合金具有普适性的原位固溶方法是十分有必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电弧增材制造原位固溶方法及系统，可以在电弧增材制造过程中对已沉积部分进行原位固溶，摆脱了热处理炉的限制，能够获得力学性能更优，残余应力更低的结构件，并且提高了制造效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种电弧增材制造原位固溶方法，包括如下步骤：

(1)以电弧热源对合金丝材进行熔化，在基板表面增材制造出沉积层；

(2)将沉积层加热到固溶温度，进行原位固溶；

(3)原位固溶完毕后，将已固溶沉积层完全浸入冷却液中进行淬火；