阅读说明：本技术 一种金属结构件的成形方法 (Forming method of metal structural part ) 是由 程四华 吕迺冰 晁月林 孙齐松 徐士新 佟倩 周洁 陈涛 穆相林 王晓晨 张勇 于 2019-09-05 设计创作，主要内容包括：本发明实施例提供了一种金属结构件的成形方法,包括：以金属结构件上待焊接部位的任意一点为起焊点,利用CMT及铁基焊线,基于第一焊接参数进行第一层焊带的焊接；将距离上一层焊带一侧5～6mm处作为第一当前层焊带的起焊点,进行所述第一当前层焊带的焊接；第一当前层包括：第二层焊带、第三层焊带、第四层焊带及第五层焊带；将距离上一层焊带一侧3～4mm处作为第二当前层焊带的起焊点,进行所述第二当前层焊带的焊接；第二当前层包括：第六层焊带、第七层焊带、第八层焊带、第九层焊带及第十层焊带；将距离上一层焊带一侧2～3mm处作为第三当前层焊带的起焊点,进行所述第三当前层焊带的焊接；第三当前层包括：第十一层焊带与待焊接部位顶端之间的各层焊带。(The embodiment of the invention provides a forming method of a metal structural part, which comprises the following steps: taking any point of a part to be welded on the metal structural member as a starting welding point, and welding a first layer of welding strip by using CMT and an iron-based welding wire based on first welding parameters; taking a position 5-6 mm away from one side of the previous layer of welding strip as a starting welding point of the first current layer of welding strip, and welding the first current layer of welding strip; the first current layer includes: a second layer of welding strip, a third layer of welding strip, a fourth layer of welding strip and a fifth layer of welding strip; taking a position 3-4 mm away from one side of the previous layer of welding strip as a starting welding point of a second current layer of welding strip, and welding the second current layer of welding strip; the second current layer includes: a sixth layer of welding strip, a seventh layer of welding strip, an eighth layer of welding strip, a ninth layer of welding strip and a tenth layer of welding strip; taking a position 2-3 mm away from one side of the previous layer of welding strip as a starting welding point of a third current layer of welding strip, and welding the third current layer of welding strip; the third current layer includes: and the solder strips of the eleventh layer and the top ends of the parts to be welded.)

一种金属结构件的成形方法

技术领域

本发明属于焊接技术领域，尤其涉及一种金属结构件的成形方法。

背景技术

在金属3D打印领域中，一般会利用CMT电弧焊接的打印方式或者激光铺粉的打印方式实现对金属结构件的打印。

但是常规的打印方法在打印尖锐(可理解为锐角)的结构位置时，会存在严重的应力集中。过大的内应力会导致金属件开裂，最终导致技术结构件的使用性能严重下降。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供了一种金属结构件的成形方法及装置，用于解决现有技术中在对锐角金属结构件进行成形时，在尖锐的结构位置处会存在严重的应力集中，过大的内应力会导致金属件开裂，导致金属结构件使用性能下降的技术问题。

本发明实施例提供一种金属结构件的成形方法，所述方法包括：

以金属结构件上待焊接部位的任意一点为起焊点，利用冷金属过渡焊枪CMT及铁基焊线，基于第一焊接参数进行第一层焊带的焊接；

将距离第一当前层上一层焊带一侧5～6mm处作为所述第一当前层焊带的起焊点，基于所述第一焊接参数进行所述第一当前层焊带的焊接；所述第一当前层包括：第二层焊带、第三层焊带、第四层焊带及第五层焊带，所述第一焊接参数包括：焊接速度为0.10～0.12m/min，送丝速度为3～4m/min，焊接电压为12～13V，焊接电流为125～135A；

将距离第二当前层上一层焊带一侧3～4mm处作为所述第二当前层焊带的起焊点，基于所述第二焊接参数进行所述第二当前层焊带的焊接；所述第二当前层包括：第六层焊带、第七层焊带、第八层焊带、第九层焊带及第十层焊带；所述第二焊接参数包括：焊接速度为0.20～0.25m/min，送丝速度为6～7m/min，焊接电压为20～22V，焊接电流为150～160A；

将距离第三当前层上一层焊带一侧2～3mm处作为所述第三当前层焊带的起焊点，基于所述第三焊接参数进行所述第三当前层焊带的焊接；所述第三当前层包括：第十一层焊带与待焊接部位顶端之间的各层焊带；所述第三焊接参数包括：焊接速度0.15～0.20m/min，送丝速度为4～5m/min，焊接电压为18～20V，焊接电流为145～155A。

上述方案中，在所述第一层焊带至所述第五层焊带中，每层焊带的厚度均为4～5mm，每层焊带的宽度均为8～10mm。

上述方案中，在所述第六层焊带至所述第十层焊带中每层焊带的厚度均为3～4mm，每层焊带的宽度均为8～10mm。

上述方案中，所述第二层焊带、所述第三层焊带、所述第四层焊带及所述第五层焊带的焊接方向与所述第一层焊带的焊接方向保持一致。

上述方案中，所述第七层焊带、所述第八层焊带、所述第九层焊带及所述第十层焊带的焊接方向与所述第六层焊带的焊接方向保持一致。

上述方案中，所述第十一层焊带与待焊接部位的顶端之间的各层焊带中，每层焊带的厚度为2～3mm，每层焊带的宽度为8～10mm。

上述方案中，所述第十一层焊带与待焊接部位的顶端之间的各层焊带的焊接方式与所述第十一层焊带的焊接方向保持一致。

上述方案中，所述铁基焊线的各化学组分的重量百分比为：

C：0.40～0.50％，Si：0.80～0.90％，Mn：0.45～0.55％，Cr：4.60～4.80％，Mo：1.00～1.30％，V：0.70～0.90％，p≤0.030％，S≤0.030％，余量为Fe及杂质。

上述方案中，所述金属结构件的角度为30～45°，高度小于100mm。

本发明实施例提供了一种金属结构件的成形方法，包括：以金属结构件上待焊接部位的任意一点为起焊点，利用冷金属过渡焊枪CMT及所述铁基焊线，基于第一焊接参数进行第一层焊带的焊接；将距离第一当前层上一层焊带一侧5～6mm处作为所述第一当前层焊带的起焊点，基于所述第一焊接参数进行所述第一当前层焊带的焊接；所述第一当前层包括：第二层焊带、第三层焊带、第四层焊带及第五层焊带，所述第一焊接参数包括：焊接速度为0.10～0.12m/min，送丝速度为3～4m/min，焊接电压为12～13V，焊接电流为125～135A；将距离第二当前层上一层焊带一侧3～4mm处作为所述第二当前层焊带的起焊点，基于所述第二焊接参数进行所述第二当前层焊带的焊接；所述第二当前层包括：第六层焊带、第七层焊带、第八层焊带、第九层焊带及第十层焊带；所述第二焊接参数包括：焊接速度为0.20～0.25m/min，送丝速度为6～7m/min，焊接电压为20～22V，焊接电流为150～160A；将距离第三当前层上一层焊带一侧2～3mm处作为所述第三当前层焊带的起焊点，基于所述第三焊接参数进行所述第三当前层焊带的焊接；所述第三当前层包括：第十一层焊带与待焊接部位顶端之间的各层焊带；所述第三焊接参数包括：焊接速度0.15～0.20m/min，送丝速度为4～5m/min，焊接电压为18～20V，焊接电流为145～155A；如此，通过合理设置各层焊带的焊接参数，在打印金属结构件的锐角时，相当于是前五层采用缓慢堆积的方式，第六至十层堆积过程稍快，第十一层之后的若干层由恢复至正常的堆积方式，这种焊接方式可以更好地实现每层焊带厚度之间的过度，避免应力过度集中在某一焊带处；同时由于每层焊带的焊接点与上一层焊带错叠，这种层与层之间的错叠相当于把应力分散在各层焊带上，采用这种打印方式，可以使得锐角结构处的内应力可以均匀分散，从而避免内应力在一处集中，进而避免金属结构件开裂，确保金属结构件的使用性能。

附图说明

图1为本发明实施例提供的金属结构件的成形方法流程示意图。

具体实施方式

为了解决现有技术中在对锐角金属结构件进行成形时，在尖锐的结构位置处会存在严重的应力集中，过大的内应力会导致金属件开裂，导致金属结构件使用性能下降的技术问题，本发明提供了一种金属结构件的成形方法，包括：以金属结构件上待焊接部位的任意一点为起焊点，利用冷金属过渡焊枪CMT及所述铁基焊线，基于第一焊接参数进行第一层焊带的焊接；将距离第一当前层上一层焊带一侧5～6mm处作为所述第一当前层焊带的起焊点，基于所述第一焊接参数进行所述第一当前层焊带的焊接；所述第一当前层包括：第二层焊带、第三层焊带、第四层焊带及第五层焊带，所述第一焊接参数包括：焊接速度为0.10～0.12m/min，送丝速度为3～4m/min，焊接电压为12～13V，焊接电流为125～135A；将距离第二当前层上一层焊带一侧3～4mm处作为所述第二当前层焊带的起焊点，基于所述第二焊接参数进行所述第二当前层焊带的焊接；所述第二当前层包括：第六层焊带、第七层焊带、第八层焊带、第九层焊带及第十层焊带；所述第二焊接参数包括：焊接速度为0.20～0.25m/min，送丝速度为6～7m/min，焊接电压为20～22V，焊接电流为150～160A；将距离第三当前层上一层焊带一侧2～3mm处作为所述第三当前层焊带的起焊点，基于所述第三焊接参数进行所述第三当前层焊带的焊接；所述第三当前层包括：第十一层焊带与待焊接部位顶端之间的各层焊带；所述第三焊接参数包括：焊接速度0.15～0.20m/min，送丝速度为4～5m/min，焊接电压为18～20V，焊接电流为145～155A。

下面通过附图及具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

实施例一

本实施例提供一种金属结构件的成形方法，如图1所示，包括：

S110，以金属结构件上待焊接部位的任意一点为起焊点，利用冷金属过渡焊枪CMT及所述铁基焊线，基于第一焊接参数进行第一层焊带的焊接；

这里，CMT焊接技术是无焊渣飞溅的焊接工艺技术。所谓冷金属过渡，是指数字控制方式下的短电弧和焊丝的换向送丝监控。换向送丝系统由前、后两套协同工作的焊丝输送机构组成，使焊丝的输送过程为间断送丝。后送丝机构按照恒定的送丝速度向前送丝，前送丝机构则按照控制系统的指令以70Hz的频率控制着脉冲式的焊丝输送。

在焊接过程中，根据电弧生成的开始时间自动降低焊接电流，直到电弧熄灭，并调节中脉冲式的焊丝输送，这种脉冲式焊丝输送有效改善了焊丝熔滴的过渡。在熔滴从焊丝上滴落之后，控制系统再次提高焊接电流，进一步将焊丝向前送出。之后，重新生成焊接电弧，开始新一轮的焊接过程。这种“冷－热”之间的交替变化可以降低了焊接热量的产生，并减少了焊接热在被焊接件中的传导。

那么CMT冷金属过渡技术的基本原理是：电弧燃烧过程中，焊丝向熔池方向运动，当焊丝与熔池接触时，电弧熄灭，焊接电流减小；短路接触时，焊丝回抽帮助熔滴脱落，保持很小的短路电流；然后焊丝再向熔池方向运动，冷金属过渡过程重复进行。

基于这种焊接技术，本步骤中，以金属结构件上待焊接部位的任意一点为起焊点，利用CMT及铁基焊线，基于第一焊接参数进行第一层焊带的焊接。

这里，本实施例中金属结构件的角度为30～45°，高度小于100mm，每层焊带的高度根据金属结构件的高度和角度确定。

第一焊接参数包括：焊接速度为0.10～0.12m/min，送丝速度为3～4m/min，焊接电压为12～13V，焊接电流为125～135A。铁基焊线各化学组分的重量百分比为：C：0.40～0.50％，Si：0.80～0.90％，Mn：0.45～0.55％，Cr：4.60～4.80％，Mo：1.00～1.30％，V：0.70～0.90％，p≤0.030％，S≤0.030％，余量为Fe及杂质。

S111，将距离第一当前层上一层焊带一侧5～6mm处作为第一当前层焊带的起焊点，基于所述第一焊接参数进行所述第一当前层焊带的焊接；

第一层焊带焊接好之后，然后开始第二层焊带至第五层焊带的焊接，在焊接时，将距离上一层焊带一侧5～6mm处作为第一当前层焊带的起焊点，基于所述第一焊接参数进行所述第一当前层焊带的焊接；第一当前层包括：第二层焊带、第三层焊带、第四层焊带及第五层焊带。具体地，

将距离第一层焊带一侧5～6mm处为第二层焊带的起焊点，基于第一焊接参数进行第二层焊带的焊接；将距离第二层焊带一侧5～6mm处为第三层焊带的起焊点，基于第一焊接参数进行第三层焊带的焊接；将距离第三层焊带一侧5～6mm处为第四层焊带的起焊点，基于第一焊接参数进行第四层焊带的焊接；将距离第四层焊带一侧5～6mm处为第五层焊带的起焊点，基于第一焊接参数进行第五层焊带的焊接。

其中，在焊接过程中，第二层焊带、第三层焊带、第四层焊带及第五层焊带的焊接方向第一层焊带的焊接方向保持一致。在第一层焊带至第五层焊带中，每层焊带的厚度均为4～5mm，每层焊带的宽度均为8～10mm。

S112，将距离第二当前层上一层焊带一侧3～4mm处作为第二当前层焊带的起焊点，基于所述第二焊接参数进行所述第二当前层焊带的焊接；

第五层焊带焊接好之后，开始第六层焊带至第十层焊带的焊接，将距离上一层焊带一侧3～4mm处作为第二当前层焊带的起焊点，基于第二焊接参数进行所述第二当前层焊带的焊接；第二当前层包括：第六层焊带、第七层焊带、第八层焊带、第九层焊带及第十层焊带；所述第二焊接参数包括：焊接速度为0.20～0.25m/min，送丝速度为6～7m/min，焊接电压为20～22V，焊接电流为150～160A；

具体地，将距离所述第六层焊带一侧3～4mm处为所述第七层焊带的起焊点，基于所述第二焊接参数进行第七层焊带的焊接；

将距离所述第七层焊带一侧3～4mm处为所述第八层焊带的起焊点，基于所述第二焊接参数进行第八层焊带的焊接；

将距离所述第八层焊带一侧3～4mm处为所述第九层焊带的起焊点，基于所述第二焊接参数进行第九层焊带的焊接；

将距离所述第九层焊带一侧3～4mm处为所述第十层焊带的起焊点，基于所述第二焊接参数进行第十层焊带的焊接。

在焊接过程中，第七层焊带、第八层焊带、第九层焊带及第十层焊带的焊接方向与所第六层焊带的焊接方向保持一致。在第六层焊带至第十层焊带中每层焊带的厚度均为3～4mm，每层焊带的宽度均为8～10mm。

S113，将距离第三当前层上一层焊带一侧2～3mm处作为第三当前层焊带的起焊点，基于所述第三焊接参数进行第三当前层焊带的焊接；

第十层焊带焊接好之后，将距离上一层焊带一侧2～3mm处作为第三当前层焊带的起焊点，基于所述第三焊接参数进行所述第三当前层焊带的焊接；第三当前层包括：第十一层焊带与待焊接部位顶端之间的各层焊带；第三焊接参数包括：焊接速度0.15～0.20m/min，送丝速度为4～5m/min，焊接电压为18～20V，焊接电流为145～155A。

具体地，将距离第十层焊带一侧2～3mm处为所述第十一层焊带的起焊点，基于所述第三焊接参数进行所述第十一层焊带的焊接；然后按照同样的方式(错叠焊接)，逐层焊接至待焊接部位的顶端。

第十一层焊带与待焊接部位的顶端之间的各层焊带的焊接方式与第十一层焊带的焊接方向保持一致；在第十一层焊带与待焊接部位的顶端之间的各层焊带中，每层焊带的厚度为2～3mm，每层焊带的宽度为8～10mm。

本发明实施例提供的金属结构件的成形方法能带来的有益效果至少是：

本发明实施例提供了一种金属结构件的成形方法，包括：以金属结构件上待焊接部位的任意一点为起焊点，利用冷金属过渡焊枪CMT及所述铁基焊线，基于第一焊接参数进行第一层焊带的焊接；将距离第一当前层上一层焊带一侧5～6mm处作为第一当前层焊带的起焊点，基于所述第一焊接参数进行所述第一当前层焊带的焊接；所述第一当前层包括：第二层焊带、第三层焊带、第四层焊带及第五层焊带，所述第一焊接参数包括：焊接速度为0.10～0.12m/min，送丝速度为3～4m/min，焊接电压为12～13V，焊接电流为125～135A；将距离第二当前层上一层焊带一侧3～4mm处作为第二当前层焊带的起焊点，基于所述第二焊接参数进行所述第二当前层焊带的焊接；所述第二当前层包括：第六层焊带、第七层焊带、第八层焊带、第九层焊带及第十层焊带；所述第二焊接参数包括：焊接速度为0.20～0.25m/min，送丝速度为6～7m/min，焊接电压为20～22V，焊接电流为150～160A；将距离第三当前层上一层焊带一侧2～3mm处作为第三当前层焊带的起焊点，基于所述第三焊接参数进行所述第三当前层焊带的焊接；所述第三当前层包括：第十一层焊带与待焊接部位顶端之间的各层焊带；所述第三焊接参数包括：焊接速度0.15～0.20m/min，送丝速度为4～5m/min，焊接电压为18～20V，焊接电流为145～155A；如此，通过合理设置各层焊带的焊接参数，在打印金属结构件的锐角时，相当于是前五层采用缓慢堆积的方式，第六至十层堆积过程稍快，第十一层之后的若干层由恢复至正常的堆积方式，这种焊接方式可以更好地实现每层焊带厚度之间的过度，避免应力过度集中在某一焊带处；同时由于每层焊带的焊接点与上一层焊带错叠，这种层与层之间的错叠相当于把应力分散在各层焊带上，采用这种打印方式，可以使得锐角结构处的内应力可以均匀分散，从而避免内应力在一处集中，进而避免金属结构件开裂，确保金属结构件的使用性能。

实施例二

实际应用中，对角度为35°、高度为80mm的金属结构件进行焊接时，具体实现如下。

以金属结构件上待焊接部位的任意一点为起焊点，利用CMT及铁基焊线，基于第一焊接参数进行第一层焊带的焊接。第一焊接参数包括：焊接速度为0.1m/min，送丝速度为3m/min，焊接电压为12V，焊接电流为125A。

铁基焊线各化学组分的重量百分比为：C：0.44％，Si：0.85％，Mn：0.48％，Cr：4.6％，Mo：1.1％，V：0.75％，p≤0.030％，S≤0.030％，余量为Fe及杂质。

第一层焊带焊接好之后，然后开始第二层焊带至第五层焊带的焊接，在焊接时，将距离上一层焊带一侧5mm处作为第一当前层焊带的起焊点，基于所述第一焊接参数进行所述第一当前层焊带的焊接；第一当前层包括：第二层焊带、第三层焊带、第四层焊带及第五层焊带。

其中，在焊接过程中，第二层焊带、第三层焊带、第四层焊带及第五层焊带的焊接方向第一层焊带的焊接方向保持一致。在第一层焊带至第五层焊带中，每层焊带的厚度均为4mm，每层焊带的宽度均为8mm。

第五层焊带焊接好之后，开始第六层焊带至第十层焊带的焊接，将距离上一层焊带一侧3mm处作为第二当前层焊带的起焊点，基于第二焊接参数进行所述第二当前层焊带的焊接；第二当前层包括：第六层焊带、第七层焊带、第八层焊带、第九层焊带及第十层焊带；所述第二焊接参数包括：焊接速度为0.20m/min，送丝速度为6m/min，焊接电压为20V，焊接电流为150A。

在焊接过程中，第七层焊带、第八层焊带、第九层焊带及第十层焊带的焊接方向与所第六层焊带的焊接方向保持一致。在第六层焊带至第十层焊带中每层焊带的厚度均为3mm，每层焊带的宽度均为8mm。

第十层焊带焊接好之后，将距离上一层焊带一侧2mm处作为第三当前层焊带的起焊点，基于所述第三焊接参数进行所述第三当前层焊带的焊接；第三当前层包括：第十一层焊带与待焊接部位顶端之间的各层焊带；第三焊接参数包括：焊接速度0.18m/min，送丝速度为4.5m/min，焊接电压为19V，焊接电流为148A。

然后按照同样的方式，逐层焊接至待焊接部位的顶端，第十一层焊带与待焊接部位的顶端之间的各层焊带的焊接方式与第十一层焊带的焊接方向保持一致；在第十一层焊带与待焊接部位的顶端之间的各层焊带中，每层焊带的厚度为2mm，每层焊带的宽度为8mm。最后打印成的金属结构件的内应力如表1所示：

表1

位置	1	2	3	4	5	6	7	8	平均
										衔接处	182	184	186	181	186	183	184	181	183
工作处	163	165	161	162	163	164	164	162	163

其中，在表1中，衔接处指的是对应层焊带处的应力，工作处指的是各层焊带对应的熔池处的应力。由表1可以看出，各衔接处与各工作处的分配内应力大体是一致的。这样就避免内应力在某处集中，进而避免金属结构件开裂，确保金属结构件的使用性能。

实施例三

实际应用中，对角度为40°、高度为90mm的金属结构件进行焊接时，具体实现如下。

以金属结构件上待焊接部位的任意一点为起焊点，利用CMT及铁基焊线，基于第一焊接参数进行第一层焊带的焊接。第一焊接参数包括：焊接速度为0.12m/min，送丝速度为4m/min，焊接电压为13V，焊接电流为135A。

铁基焊线各化学组分的重量百分比为：C：0.42％，Si：0.88％，Mn：0.5％，Cr：4.7％，Mo：1.2％，V：0.8％，p≤0.030％，S≤0.030％，余量为Fe及杂质。

第一层焊带焊接好之后，然后开始第二层焊带至第五层焊带的焊接，在焊接时，将距离上一层焊带一侧6mm处作为第一当前层焊带的起焊点，基于所述第一焊接参数进行所述第一当前层焊带的焊接；第一当前层包括：第二层焊带、第三层焊带、第四层焊带及第五层焊带。

其中，在焊接过程中，第二层焊带、第三层焊带、第四层焊带及第五层焊带的焊接方向第一层焊带的焊接方向保持一致。在第一层焊带至第五层焊带中，每层焊带的厚度均为5mm，每层焊带的宽度均为9mm。

第五层焊带焊接好之后，开始第六层焊带至第十层焊带的焊接，将距离上一层焊带一侧3.5mm处作为第二当前层焊带的起焊点，基于第二焊接参数进行所述第二当前层焊带的焊接；第二当前层包括：第六层焊带、第七层焊带、第八层焊带、第九层焊带及第十层焊带；所述第二焊接参数包括：焊接速度为0.25m/min，送丝速度为7m/min，焊接电压为22V，焊接电流为160A。

在焊接过程中，第七层焊带、第八层焊带、第九层焊带及第十层焊带的焊接方向与所第六层焊带的焊接方向保持一致。在第六层焊带至第十层焊带中每层焊带的厚度均为3.5mm，每层焊带的宽度均为9mm。

第十层焊带焊接好之后，将距离上一层焊带一侧2mm处作为第三当前层焊带的起焊点，基于所述第三焊接参数进行所述第三当前层焊带的焊接；第三当前层包括：第十一层焊带与待焊接部位顶端之间的各层焊带；第三焊接参数包括：焊接速度0.2m/min，送丝速度为5m/min，焊接电压为20V，焊接电流为150A。

然后按照同样的方式，逐层焊接至待焊接部位的顶端，第十一层焊带与待焊接部位的顶端之间的各层焊带的焊接方式与第十一层焊带的焊接方向保持一致；在第十一层焊带与待焊接部位的顶端之间的各层焊带中，每层焊带的厚度为3mm，每层焊带的宽度为9mm。最后打印成的金属结构件的内应力如表2所示：

表2

位置	1	2	3	4	5	6	7	8	平均
										衔接处	178	177	176	178	175	175	177	178	177
工作处	151	154	155	153	152	156	153	154	153

其中，在表2中，衔接处指的是对应层焊带处的应力，工作处指的是各层焊带对应的熔池处的应力。由表2可以看出，各衔接处与各工作处的分配内应力大体是一致的。这样就避免内应力在某处集中，进而避免金属结构件开裂，确保金属结构件的使用性能。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。