一种氧元素原位强化的梯度钛合金TIG电弧增材制造装置的制作方法

本实用新型涉及钛合金增材制造领域，特别是涉及一种氧元素原位强化的梯度钛合金tig电弧增材制造装置。

背景技术：

随着航空航天等工业领域的发展，钛及钛合金的应用范围不断扩大，这就对钛合金材料的制造提出了更高的要求。单一的钛合金由于其较低的疲劳强度、硬度低、耐磨性差等缺点不能被广泛使用于复杂的工业环境中。增材制造的“自下而上”、“材料累加”的特点使其近几年被广泛关注和应用。tig电弧增材制造作为其中的重要组成部分，可以一次性成形致密度好、性能优异的多功能复杂零件。但是传统的tig电弧增材制造装置也有着其自身的局限性，生产的钛合金材料的强度不能满足工业上日益复杂的材料要求与极端环境下的服役性能要求。这就使得制备的材料应用于工业中需要额外进行二次加工强化，增加了工艺流程和生产成本；同时，二次强化往往只能对材料的表面进行强化，无法实现对材料内部的强化，极大限制了高强度钛合金材料在众多领域的发展。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种氧元素原位强化的梯度钛合金tig电弧增材制造装置，在钛合金增材制造的过程中，同时实现对钛合金材料的整体强化，并且通过控制气体配比实现可控的强化效果。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

一种氧元素原位强化的梯度钛合金tig电弧增材制造装置，所述装置包括：

将表面处理干净的待加工的钛合金基板固定在可控工台上；

控制焊丝与所述待加工的钛合金基板的角度为30°，并使所述焊丝位于tig焊枪的正下方；

打开氧气瓶和氩气瓶，提供反应气体氧气和保护气体氩气；

通过控制控制送丝机构，并调节送丝速度，在tig电弧热源运动的同时实现焊丝的同步送入；

启动tig焊机开关，tig焊枪产生tig电弧；所述氧气在所述tig电弧作用下电离，形成离子态的氧，其与反应过程中送入的焊丝和周围处于熔融态的钛合金反应，在所述待加工的钛合金基板上原位生成具有氧化钛增强相的钛合金材料。

可选的，在所述打开氧气瓶和氩气瓶，提供反应气体氧气和保护气体氩气之后还包括：调节所述氧气的流量和所述氩气的流量，从而实现不同的钛合金强化效果。

可选的，所述焊丝为钛合金焊丝。

根据本实用新型提供的具体实施例，本实用新型公开了以下技术效果：本实用新型氧元素原位强化的钛合金tig电弧增材制造的过程中，通入氧气，使氧气在tig电弧的作用下呈离子状态，与熔融状态的钛合金原位反应，在待加工的钛合金基板生成具有氧化钛增强相的钛合金材料，使钛合金增材制造与对钛合金材料的强化过程同时进行，操作过程简单，同时在制造过程中通过调节不同的气体配比可以制得钛合金梯度材料，提高了钛合金材料的使用范围。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的实施例提供的氧元素原位强化的梯度钛合金tig电弧增材制造装置的结构示意图。

图2为本实用新型的实施例提供的氧元素原位强化的梯度钛合金tig电弧增材制造装置的流程图。

图3为本实用新型的实施例提供的氧元素原位强化的梯度钛合金tig电弧增材制造装置的原理图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的目的是提供一种氧元素原位强化的梯度钛合金tig电弧增材制造装置，在钛合金增材制造的过程中，完成对钛合金材料的强化，并且强化效果可控。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

实施例

如图1、3所示，本实施例提供的钛合金增材制造装置包括：

送丝机构1、送丝臂2、送丝嘴3、控制中心4、可控工台5、氧气瓶6、氩气瓶7、气体配比器8、tig焊机9、tig焊枪10和待加工钛合金基板14。

可控工台5，用于放置待加工的钛合金基板14。

本实施例提供的钛合金增材制造装置具体步骤为：

（1）采用tig电弧增材制造装置进行钛合金梯度功能材料的制备。将tc4钛合金基板14表面处理干净后置于可控工台5之上，并用夹具固定好基板位置，通过控制中心4调节tig焊枪9位置，确认tig焊枪的起始位置与终止位置，确保tig电弧位于基板起始位置正上方；调节钛合金焊丝位置，使其端部正对于tig电弧之下且丝高为0，送丝角度为30°，焊丝在tig电弧增材制造tig电弧始终位于tig电弧移动方向的前方；

（2）通过控制中心调节tig焊机焊接电流为60-100a,焊接速度为90-300mm/min,调节送丝机构1送丝速度为90-300cm/min,将保护气管道与氧气瓶6、氩气瓶7相连接，同时在中间连接上混合气体配比器8；打开气瓶开关，同时调节气体配比器，使得气体总流量为10l/min，其中氧气流量为0-2l/min，其余气体均为氩气;

（3）tig电弧增材制造过程中，在tig电弧产生后控制工台5向既定方向匀速移动，tc4焊丝在tig电弧作用下融化铺展于钛合金基板上，开始单层钛合金tig电弧增材制造过程，其中氧气在tig电弧作用下电离出离子态的氧，离子态的氧在tig电弧作用下附着于熔池表面，tig电弧移动过程中带动熔池内部熔融态的钛合金流动将附着于熔池表面的离子态的氧带入进熔池内部，离子态的氧与熔融态钛在原位反应生成氧化钛增强相，分布于所成形的钛合金材料中，从而在增材制造的加工过程的同时在原位完成对钛合金材料的强化；

（4）单道钛合金增材制造完成后，关闭保护气体和tig焊机，tig焊枪返回至初始位置并调节高度，通过调节在步骤2中所述的气体配比的氧气氩气的流量范围，控制不同的氧气氩气比，调节参数，继续钛合金材料的增材制造过程。通过实时控制气体配比可以实现钛合金材料的不同强化效果，实现钛合金材料的可控强化，制备具有梯度功能的钛合金材料。

本装置能够实现在钛合金增材制造的过程中，同时完成钛合金材料的原位强化，并且可以控制不同的强化效果，使操作过程简便，进而提高了钛合金材料的使用范围。

一种氧元素原位强化的梯度钛合金tig电弧增材制造装置，如图2所示，所述装置包括：

步骤1：将表面处理干净的待加工的钛合金基板固定在可控工台上；

步骤2：控制钛合金焊丝与所述待加工的钛合金基板的角度为30°，使所述焊丝位于所述tig焊枪的正下方，并通过控制中心调节送丝机构的送丝速度；

步骤3：打开氧气瓶和氩气瓶，提供反应气体氧气和保护气体氩气，并通过控制中心调节所述氧气和所述氩气的不同流量配比；

步骤4：通过控制中心启动tig焊机，tig焊枪产生电弧，所述氧气在tig电弧作用下电离，形成离子态的氧，其与制造过程中处于熔融态的钛合金原位反应，在所述待加工的钛合金基板上生成具有氧化钛增强相的钛合金试件。

如图3所示，钨极11位于tig焊枪内，tig焊枪产生tig电弧13，氧气16在tig电弧13的作用下电离形成离子态的氧，附着于熔池15的表面，钛合金焊丝12在tig电弧13的作用下呈熔融状态铺展于待加工的钛合金基板上，离子态的氧与熔融状态的钛合金原位结合生成具有氧化钛增强相的钛合金材料，从而在钛合金增材制造的加工过程的同时在原位完成对钛合金材料的强化。

本实用新型提供的装置，不仅可以实现单层钛合金增材制造，并且通过调节在气体配比器，控制不同的氧气氩气比，调节参数，实现钛合金材料的不同强化效果，实现钛合金材料的可控强化，制备具有梯度功能的钛合金材料。

对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的装置相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见装置部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的装置及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。