本发明涉及一种电弧增材制造方法，具体涉及基于双面超声滚压辅助高熵合金电弧增材制造的装置和方法。
背景技术：
1、高熵合金是一种高强度、高韧性的热强材料，通常由5种及以上元素构成，每种元素组分在5％～35％之间。一般来说，高熵合金的熔点通常在1000℃至2000℃的范围之内。高熵合金因具有的高熵效应、晶格畸变效应、迟滞扩散效应、鸡尾酒效应使其性能较于传统合金而言得到提升。具有高强度、高硬度、高韧性、良好的耐蚀性能、优异的热稳定性等优异的性能。目前，高熵合金已经成为一种广泛应用于航空航天、汽车制造、船舶制造、能源等领域的重要材料。随着高熵合金制备技术的不断创新和改进，其应用领域也在不断扩展，在制造领域和增材制造领域有着广泛的应用前景。
2、电弧增材制造是一种使用电弧作为热源，通过逐层堆积材料来制造三维物体的增材制造技术。电弧增材制造具有沉积效率高、对环境友好、成本低等优点。tig焊(钨极惰性气体保护焊)是一种电弧增材制造中经常使用的焊接技术，通过钨针在焊接区域放电产生电弧，并将惰性气体吹入电弧周围，保护熔融金属不被空气中的氧气和氮气侵入，从而提高焊接质量。焊接过程中，电弧在焊接区域产生高温，温度可以达到2000摄氏度以上。因此，tig焊的焊接温度比mig焊(金属极气体保护焊)和等离子焊(等离子弧焊)更高。适用于高熵合金的电弧增材制造。
3、以包芯丝材的方式制备高熵合金焊丝是一种新型方式，将金属粉末按一定比例倒入金属管中，将金属管通过拉拔工艺制备成焊丝。包芯丝材可以很方便的根据工况要求调整高熵合金焊丝的成分。
4、采用tig焊对高熵合金包芯丝材进行电弧增材制造，虽然制造效率高，设备成本低，但是在电弧增材过程中容易产生一些缺陷，例如：
5、(1)气孔缺陷：高熵合金包芯丝材的内部容易存在空气，在电弧增材制造过程中容易产生气孔、这大大降低了高熵合金增材体的性能。
6、(2)裂纹缺陷：电弧增材制造过程中的工艺参数控制不当，高熵合金增材体的层间结合较差，容易产生裂纹缺陷。
7、(3)较差的性能：电弧增材制造过程中由于tig焊枪的反复工作，不断的热输入使得晶粒粗大，导致性能的下降。例如硬度、强度、耐腐蚀性能及耐磨性能。
8、(4)较差的形貌控制：在对高熵合金电弧增材制造的过程中，随着高熵合金增材体的增高，散热条件变差，高熵合金熔滴在高熵合金增材体表面的冷却时间变长，会沿着高熵合金增材体的表面肆意流动。这增大了高熵合金增材体控制形状的难度，使得高熵合金增材体的形貌较差。
技术实现思路
1、针对现有技术问题，本发明的目的在于提供基于双面超声滚压辅助高熵合金电弧增材制造的装置和方法，采用电弧增材制造技术对高熵合金包芯焊丝进行增材制造，结合双面超声滚压技术改善高熵合金的电弧增材制造效果，使高熵合金增材体的层间结合更加致密，提升高熵合金电弧增材制造的质量。
2、本发明为实现目的采用的技术方案为：
3、本发明提供了基于双面超声滚压辅助高熵合金电弧增材制造的装置，包括运动平台、熔覆机构、超声滚压机构和监测控制机构，所述熔覆机构和超声滚压机构均安装于所述运动平台的下方且所述超声滚压机构水平对称设置，其中：
4、所述熔覆机构又包括固定支架、tig焊枪和送丝机构，所述固定支架包括水平板和弧形导轨，所述tig焊枪垂直固定于所述水平板，所述送丝机构滑动安装于所述弧形导轨；
5、所述超声滚压机构又包括轮式超声滚压头和转动关节，所述轮式超声滚压头和转动关节固定连接；
6、所述监测控制机构包括红外摄像模组、计算机和电控设备，所述红外摄像模组安装于所述运动平台的顶部并与所述计算机和电控设备通信连接，所述电控设备用于控制所述运动平台。
7、优选地，所述tig焊枪通过齿轮齿条机构与所述运动平台固定连接以实现垂直运动。
8、优选地，所述超声滚压机构通过滚珠丝杠机构和齿轮齿条机构与所述运动平台固定连接以实现平面运动和垂直运动。
9、优选地，所述送丝机构包括送丝管，所述送丝管通过滑块滑动安装于所述弧形导轨。
10、更优选地，所述送丝管上还设置有用于调节焊丝角度的旋钮。
11、本发明还提供了基于双面超声滚压辅助高熵合金电弧增材制造的方法，通过任一上述装置实现，包括如下步骤：
12、1)将高熵合金包芯焊丝送入送丝机构，调整焊丝与tig焊枪的钨针的夹角；
13、2)通过运动平台调整熔覆机构及超声滚压机构的初始位置，使轮式超声滚压头对称分布于高熵合金增材体的两侧；
14、3)调整tig焊枪和超声滚压机构的工艺参数，在电弧增材制造过程中，通过超声滚压机构对高熵合金增材体进行超声滚压处理；
15、4)通过红外摄像模组对增材体的表面温度进行监测，通过计算机对采集的数据进行处理，通过电控设备控制运动平台。
16、优选地，步骤1)中，所述高熵合金包芯焊丝采用fecrmncunisi高熵合金，fe、cr、mn、cu、ni、si六种元素的质量比为5:1:1:1:1:0.1。
17、优选地，步骤1)中，所述tig焊枪的钨针距离熔覆位置表面2～3mm，所述高熵合金包芯焊丝通过送丝机构输出至焊枪的下方1～2mm，焊丝与tig焊枪的钨针夹角呈45°～60°。
18、优选地，步骤3)中，所述tig焊枪的工艺参数为：电压10v、直流电流140a～200a、送丝速度120～150mm/min、保护气体氩气的流量调整至10～15l/min、tig焊枪的焊接速度为150～250mm/min。
19、优选地，步骤3)中，所述超声滚压机构的冲击功率设定为400～1200w。
20、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
21、一、相比于不采用超声滚压制备的高熵合金电弧增材体，本发明通过采用对称分布的超声滚压的方式明显的改善了高熵合金电弧增材制造的效果，对称分布的两个超声滚压头能够使高熵合金增材体的轮廓均匀美观，形貌良好，能够实现良好的层间结合，高熵合金增材体与基板紧密结合。
22、二、相比与熔覆机构固定连接的超声冲击设备，本发明通过红外摄像模组采集数据，计算机处理数据，通过电控设备控制运动平台，能够更好地实现对超声滚压头运动的闭环控制，更好地实现超声冲击头在空间中地运动和角度调节。通过有效的运动控制，可以实现更好的辅助加工效果，可以有效地减少高熵合金增材体的宏观缺陷，如裂纹、气孔等。
23、三、相比传统的送丝机构，本发明通过将送丝管装入旋钮中，可以快速方便地调节送丝管和tig焊枪之间的夹角，更好的根据实际加工要求调节熔覆设备，达到所要求的焊接效果。
24、四、采用轮式超声滚压的方式，能够有效改善高熵合金电弧增材体的耐腐蚀性能，提高腐蚀电压，降低腐蚀电流密度，提高钝化膜电阻，亦能够有效改善高熵合金电弧增材体的耐磨损性能。
1.基于双面超声滚压辅助高熵合金电弧增材制造的装置，包括运动平台、熔覆机构、超声滚压机构和监测控制机构，所述熔覆机构和超声滚压机构均安装于所述运动平台的下方且所述超声滚压机构水平对称设置，其中：
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述tig焊枪通过齿轮齿条机构与所述运动平台固定连接以实现垂直运动。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述超声滚压机构通过滚珠丝杠机构和齿轮齿条机构与所述运动平台固定连接以实现平面运动和垂直运动。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述送丝机构包括送丝管，所述送丝管通过滑块滑动安装于所述弧形导轨。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述送丝管上还设置有用于调节焊丝角度的旋钮。
6.基于双面超声滚压辅助高熵合金电弧增材制造的方法，通过权利要求1～5任意一项所述的装置实现，包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤1)中，所述高熵合金包芯焊丝采用fecrmncunisi高熵合金，fe、cr、mn、cu、ni、si六种元素的质量比为5:1:1:1:1:0.1。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤1)中，所述tig焊枪的钨针距离熔覆位置表面2～3mm，所述高熵合金包芯焊丝通过送丝机构输出至焊枪的下方1～2mm，焊丝与tig焊枪的钨针夹角呈45°～60°。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤3)中，所述tig焊枪的工艺参数为：电压10v、直流电流140a～200a、送丝速度120～150mm/min、保护气体氩气的流量调整至10～15l/min、tig焊枪的焊接速度为150～250mm/min。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤3)中，所述超声滚压机构的冲击功率设定为400～1200w。
