【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于异种金属增材制造领域，具体涉及一种钢/铝电弧增材制造过程界面温度调控方法。
技术介绍
1、钢/铝复合结构因其具有良好的轻量化和耐腐蚀性能，广泛应用于汽车、航空航天和电子行业，尤其在车辆和船舶制造中，可显著减轻结构重量并提高能效。然而，钢与铝的焊接存在显著的难点，主要在于它们之间的物理和化学性质差异较大。钢与铝的熔点和热膨胀系数不同，在传统焊接中容易因热应力集中而产生裂纹。此外，铁与铝之间会生成金属间化合物(imc)，这些imc在焊接接头中通常表现出较高的脆性，导致接头的强度和耐久性下降，因此常规焊接技术难以在两者之间形成可靠的冶金结合。
2、相比于钢/铝焊接，钢/铝异种金属增材制造需要更高的热输入，多道堆焊过程中热积累更严重，使得钢铝界面所处的温度升高。这种高温环境会加速imc的形成与增厚，特别是在层数增加时，焊接界面会承受过大的热应力，易产生微裂纹并最终导致界面开裂，影响结构稳定性。为了实现高可靠性的钢/铝电弧增材制造，必须对界面温度进行有效调控，保持在适当的范围内，既要保证材料的冶金结合，又要抑制imc层过厚及焊接应力的产生。为此，当前迫切需要一种能够在钢/铝电弧增材制造过程中对界面温度进行实时调控的装置和方法，确保两种材料在增材过程中能够形成稳定的结合界面。
3、以往的研究对于界面温度调控方式主要调控热输入，而关于冷却调控的研究较少，现有的冷却调控方法主要是焊接完成后快速冷却，但是钢/铝界面强度对热输入极为敏感，采用该方法不能及时降低界面温度和高温停留时间，因此本研究提出了随焊急冷的工
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于快速的降低熔池温度，加快熔池的凝固速度，在焊接过程中降温提高钢/铝异种金属接头强度和稳定性。
2、本专利技术提供一种钢/铝电弧增材制造过程界面温度调控的方法，包括以下步骤：
3、步骤1：将钢/铝接头固定在增材制造平台上，在mig焊枪的后方安装第一co2冷却装置，并在钢铝界面的两侧分别安装第二co2冷却装置和第三co2冷却装置；保证冷却装置与焊接路径同步移动；
4、步骤2：启动mig焊枪进行堆焊时，开启冷却系统；通过第一co2冷却装置对电弧产生的熔池进行冷却；第二co2冷却装置和第三co2冷却装置对钢铝界面两侧进行温度控制；所述第一co2冷却装置、第二co2冷却装置和第三co2冷却装置随着mig焊枪的移动而移动；
5、步骤3：随着沉积层厚度的增加，逐步调整冷却气流的吹向，确保冷却效果；在整个堆积铝合金堆焊层的过程中，在铝合金堆焊层厚度为a以下时，第二co2冷却装置和第三co2冷却装置冷却气流吹向铝合金堆焊层外侧；在铝合金堆焊层厚度为a～b时，第二co2冷却装置和第三co2冷却装置冷却气流垂直向下吹；在铝合金堆焊层厚度为b以上时，第二co2冷却装置和第三co2冷却装置冷却气流吹向铝合金堆焊层内侧；
6、步骤4：堆焊完成后，停止冷却装置。
7、进一步地，所述第一co2冷却装置、第二co2冷却装置和第三co2冷却装置内装有气固混合co2，喷出温度为-78℃。
8、进一步地，所述第一co2冷却装置、第二co2冷却装置和第三co2冷却装置的喷嘴直径为6～8mm。
9、进一步地，所述第二co2冷却装置和第三co2冷却装置上安装高度调节装置。
10、进一步地，所述第一co2冷却装置与mig焊枪水平距离为20～30mm；第一co2冷却装置沿焊接反方向夹角10～15°。
11、进一步地，所述第二co2冷却装置和第三co2冷却装置与mig焊枪水平距离为25～30mm。
12、进一步地，在整个堆积铝合金堆焊层的过程中，第一co2冷却装置与沉积层的距离为3～5mm。
13、进一步地，第二co2冷却装置和第三co2冷却装置距基板的距离为4～6mm。
14、进一步地，在整个堆积铝合金堆焊层的过程中，在铝合金堆焊层厚度为12mm以下时，第二co2冷却装置和第三co2冷却装置冷却气流吹向铝合金堆焊层外侧，与垂直方向夹角15～30°；在铝合金堆焊层厚度为12～30mm时，第二co2冷却装置和第三co2冷却装置冷却气流垂直向下吹；在铝合金堆焊层厚度30mm以上时，第二co2冷却装置和第三co2冷却装置冷却气流吹向铝合金堆焊层内侧，与垂直方向夹角10～15°。
15、进一步地，在整个整个堆积铝合金堆焊层的过程中，在铝合金堆焊层厚度为30mm以下时，第二co2冷却装置和第三co2冷却装置不随焊枪竖直方向移动，仅随焊枪水平方向移动；在铝合金堆焊层厚度为30mm以上时，第二co2冷却装置和第三co2冷却装置随焊枪竖直方向和水平方向共同移动。
16、本专利技术的有益效果在于：
17、1.本专利技术提供了一种随焊急冷的工艺在焊接过程中迅速降低熔池温度，加快熔池凝固速度，从而降低铝/钢焊接的峰值温度和高温停留时间，精确控制钢铝界面温度，避免金属间化合物层增厚，提高接头强度和稳定性。
18、2.本专利技术提供了一种co2随焊急冷装置，并用-78℃气固混合co2作为随焊急冷的冷却气体，冷却效率高且成本低。
19、3.本专利技术提供了3个随焊急冷喷嘴作为冷却装置，冷却装置角度随沉积厚度的增加动态调整，最大限度提高了冷却效率，平衡了冷却速率和冷却气体对电弧的干扰。
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1.一种钢/铝电弧增材制造过程界面温度调控的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述钢/铝电弧增材制造过程界面温度调控的方法，其特征在于，步骤1中，所述第一CO2冷却装置(4)、第二CO2冷却装置(7)和第三CO2冷却装置(9)内装有气固混合CO2，喷出温度为-78℃。
3.根据权利要求1所述钢/铝电弧增材制造过程界面温度调控的方法，其特征在于，步骤1中，所述第一CO2冷却装置(4)、第二CO2冷却装置(7)和第三CO2冷却装置(9)的喷嘴直径为6～8mm。
4.根据权利要求1所述钢/铝电弧增材制造过程界面温度调控的方法，其特征在于，步骤1中，所述第二CO2冷却装置(7)和第三CO2冷却装置(9)上安装高度调节装置。
5.根据权利要求1所述钢/铝电弧增材制造过程界面温度调控的方法，其特征在于，所述第一CO2冷却装置(4)与MIG焊枪(3)水平距离为20～30mm；第一CO2冷却装置(4)沿焊接反方向夹角10～15°。
6.根据权利要求1所述钢/铝电弧增材制造过程界面温度调控的方法，其特征在于，所述第二CO
7.根据权利要求1所述钢/铝电弧增材制造过程界面温度调控的方法，其特征在于，在整个堆积铝合金堆焊层的过程中，第一CO2冷却装置(4)与沉积层的距离为3～5mm。
8.根据权利要求1所述钢/铝电弧增材制造过程界面温度调控的装置的方法，其特征在于，第二CO2冷却装置(7)和第三CO2冷却装置(9)距基板的距离为4～6mm。
9.根据权利要求1所述钢/铝电弧增材制造过程界面温度调控的装置的方法，其特征在于，在整个堆积铝合金堆焊层的过程中，在铝合金堆焊层厚度为12mm以下时，第二CO2冷却装置(7)和第三CO2冷却装置(9)冷却气流吹向铝合金堆焊层外侧，与垂直方向夹角15～30°；在铝合金堆焊层厚度为12～30mm时，第二CO2冷却装置(7)和第三CO2冷却装置(9)冷却气流垂直向下吹；在铝合金堆焊层厚度30mm以上时，第二CO2冷却装置(7)和第三CO2冷却装置(9)冷却气流吹向铝合金堆焊层内侧，与垂直方向夹角10～15°。
10.根据权利要求9所述钢/铝电弧增材制造过程界面温度调控的方法，其特征在于，在整个整个堆积铝合金堆焊层的过程中，在铝合金堆焊层厚度为30mm以下时，第二CO2冷却装置(7)和第三CO2冷却装置(9)不随焊枪竖直方向移动，仅随焊枪水平方向移动；在铝合金堆焊层厚度为30mm以上时，第二CO2冷却装置(7)和第三CO2冷却装置(9)随焊枪竖直方向和水平方向共同移动。
...【技术特征摘要】
1.一种钢/铝电弧增材制造过程界面温度调控的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述钢/铝电弧增材制造过程界面温度调控的方法，其特征在于，步骤1中，所述第一co2冷却装置(4)、第二co2冷却装置(7)和第三co2冷却装置(9)内装有气固混合co2，喷出温度为-78℃。
3.根据权利要求1所述钢/铝电弧增材制造过程界面温度调控的方法，其特征在于，步骤1中，所述第一co2冷却装置(4)、第二co2冷却装置(7)和第三co2冷却装置(9)的喷嘴直径为6～8mm。
4.根据权利要求1所述钢/铝电弧增材制造过程界面温度调控的方法，其特征在于，步骤1中，所述第二co2冷却装置(7)和第三co2冷却装置(9)上安装高度调节装置。
5.根据权利要求1所述钢/铝电弧增材制造过程界面温度调控的方法，其特征在于，所述第一co2冷却装置(4)与mig焊枪(3)水平距离为20～30mm；第一co2冷却装置(4)沿焊接反方向夹角10～15°。
6.根据权利要求1所述钢/铝电弧增材制造过程界面温度调控的方法，其特征在于，所述第二co2冷却装置(7)和第三co2冷却装置(9)与mig焊枪(3)水平距离为25～30mm。
7.根据权利要求1所述钢/铝电弧增材制造过程界面温度调控的方法，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘吉，赵羽扬，邓清文，吴一凡，苗玉刚，高志强，杨宇航，吴斌涛，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：
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