具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

如图1-图7所示，现对本申请实施例提供的一种电弧增材与在线深冷形变热处理复合装置进行说明。该电弧增材与在线深冷形变热处理复合装置，包括：底座1、直线往复驱动组件2、升降台3、热处理组件4、深冷处理组件5、基板6、电弧增材组件7、保温组件8和轧制变形组件9。其中，直线往复驱动组件2设于底座1上，升降台3设于直线往复驱动组件2上，热处理组件4设于底座1的一端，深冷处理组件5设于底座1的另一端；基板6设于升降台3上，电弧增材组件7用于在基板6上形成沉积层74，保温组件8用于对基板6上的沉积层74进行保温，轧制变形组件9设于底座1上并用于对沉积层74进行轧制。其中，电弧增材组件7、保温组件8及轧制变形组件9位于热处理组件4和深冷处理组件5之间，直线往复驱动组件2能驱使升降台3上的基板6往复运动至热处理组件4的热处理箱41内以及深冷处理组件5的深冷处理箱51内。

在本实施例中，该装置通过将电弧增材技术、传统热处理工艺、深冷变形工艺复合在一起，既能发挥增材工艺制造复杂零件的优势，又能利用热处理及深冷变形工艺改善增材态零件的微观组织和力学性能，可实时在线完成增材制造、深冷处理、深冷变形和热处理等工艺过程，结构设计合理，操作简单，适用性强，自动化程度高、成形精度高、成本低。

如图1和图2所示，在本实施例中，热处理组件4包括热处理箱41和设于热处理箱41内的感应加热装置42。其中，感应加热装置42包括第一感应线圈421、第二感应线圈422以及驱动第一感应线圈421和/或第二感应线圈422运动以使第一感应线圈421和第二感应线圈422相靠近或相远离的驱动组件423。在本实施例中，驱动组件423设置有两个，分别用于驱动第一感应线圈421和第二感应线圈422运动，以便调节第一感应线圈421和第二感应线圈422之间的间距，从而来调节对沉积层74的加热效果。感应加热装置42采用电感应加热的方式对工件进行固溶处理，工件加热速度快，工件的表面氧化和脱碳都比较轻微，并且无须气体保护；经过感应加热方式热处理后的工件，表面硬层下有较厚的韧性区域，具有较好的压缩内应力，工件的抗疲劳和破断能力都更高。感应加热装置42使用方便、操作简单、可随时开启或停止，而且无须预热。

如图1和图2所示，具体地，驱动组件423包括驱动电机(图中未示出)，与驱动电机连接的齿轮4231以及通过连接块4232与第一感应线圈421或第二感应线圈422连接的齿条4233，齿条4233和齿轮4231啮合。驱动电机驱动齿轮4231转动，从而带动齿条4233往复运动，齿条4233通过连接块4232带动第一感应线圈421或第二感应线圈422运动。

优选地，在本实施例中，第一感应线圈421和第二感应线圈422均为空心铜管感应线圈，第一感应线圈421和第二感应线圈422的两端均分别连接有对应的水槽43和水泵44，水泵44以使水槽43内的冷却水在第一感应线圈421或第二感应线圈422内循环流动。这样设置的目的防止感应加热装置42过热，避免因温度过高而损坏。

如图1和图3所示，在本实施例中，深冷处理组件5包括深冷处理箱51、控制器52、液氮罐53、深冷温度传感器54、液氮冷却喷枪55、控制阀56及管路57。其中，控制器52分别与控制阀56和深冷温度传感器54电连接，管路57连接液氮罐53及液氮冷却喷枪55，控制阀56设置在管路57上，深冷温度传感器54和液氮冷却喷枪55设于深冷处理箱51的侧壁上。通过液氮冷却喷枪55将液氮气化喷出，以便对进入到深冷处理箱51内的沉积层74进行气冷，气冷可以获得更低的深冷处理温度、冷却效率更高和温度控制更加精确，同时也可以避免将工件直接放入液氮所带来的冲击，减少工件开裂等不良现象，提高工件质量。深冷温度传感器54用于感应深冷处理箱51内的温度，以便进行温度精准控制。控制器52、控制阀56用于控制液氮供应的启闭。在本实施例中，深冷处理箱51上还可以连接液氮回收管，避免液氮不必要的浪费，回收管采用不锈钢波纹软管，回收管与液氮罐53相连，直接回收液氮。

如图1所示，在本实施例中，热处理箱41靠近深冷处理箱51的一侧设有热处理铰接箱盖411以及驱使热处理铰接箱盖411启闭的热处理电机412，当沉积层74需要进入到热处理箱41内时，热处理电机412驱动热处理铰接箱盖411打开，直线往复驱动组件2驱使沉积层74进入到热处理箱41内后，热处理电机412驱动热处理铰接该关闭，这样可以防止热量不必要的散失，提高热处理效率。

如图1所示，在本实施例中，深冷处理箱51靠近热处理箱41的一侧设有深冷处理铰接箱盖511以及驱使深冷处理铰接箱盖511启闭的深冷处理电机512，当沉积层74需要进入到深冷处理箱51内时，深冷处理电机512驱动深冷处理铰接箱盖511打开，直线往复驱动组件2驱使沉积层74进入到深冷处理箱51内后，深冷处理电机512驱动深冷处理铰接盖511关闭，这样可以减少深冷处理箱51与外界的热交换，减少液氮消耗量，提高深冷处理效率。在本实施例中，深冷处理箱51为两层结构，外层为不锈钢层，这样可以吸收冲击和振动，防止箱体变形，内层为发泡材料层，可以起到保温作用，可减少深冷处理箱51与外界的热交换。

如图1和图4所示，在本实施例中，直线往复驱动组件2至少包括转动设于底座1上的丝杆21、驱动丝杆21转动的丝杆电机23，以及设于丝杆21上的工作台22，丝杆21转动时带动工作台22往复运动，升降台3设置在工作台22上，从而实现沉积层74的往复运动。在本实施例中，丝杆21可以保证工作台22往复运动位置的精准性，同时也避免人工对基板6在各个工艺之间进行转移，避免了人对高温、低温工件的直接接触，提高了安全系数。在底座1上还设有导杆，导杆和丝杆21平行设置，设有保证工作台22的平稳性。在本实施例中，直线往复驱动组件2还包括皮带组件24，皮带组件24包括两皮带轮和皮带，丝杆电机23通过皮带组件24带动丝杆21进行转动。

如图1、图3和图5所示，在本实施例中，保温组件8设置两个且分别位于直线往复驱动组件2的两侧。各保温组件8均包括第一安装座81、设置在第一安装座81上的夹具82、以及设于夹具82上的氮气喷枪83及保温温度传感器84，氮气喷枪83对沉积层74进行保温。氮气喷枪83通过管道与液氮罐53连接，保温温度传感器84用于感应沉积层74的温度，以便保持沉积层74温度的稳定性。夹具82用于同时安装氮气喷枪83和保温温度传感器84。在本实施例中，第一安装座81包括第一支撑块811、多个第一转动块812以及第一支撑块811和第一转动块812，和两个第一转动块812之间设置的第一转动副813，第一转动块812和第一转动副813的作用是调节氮气喷枪83及保温温度传感器84距离沉积层74的距离。第一支撑块811通过螺钉固定在底座1上，夹具82安装在远离第一支撑块811的第一转动块812上。保温组件8的作用是使工件始终保持深冷变形温度的均匀性及一致性，工件先在深冷处理箱51内进行深冷后，再转移至保温组件8处进行保温，以便轧制变形组件9进行轧制时温度驱使稳定。材料在低温时微观组织结构发生改变，残余应力得到释放，宏观上表现为耐磨性、尺寸稳定性、综合力学性能等方面的提高；深冷轧制可产生高密度的位错，并细化晶粒，提高工件的强度与韧性，在深冷轧制时保持低温有利于提高深冷轧制工件的质量。

如图1所示，在本实施例中，电弧增材组件7包括运动机构71及送丝机72，运动机构71及送丝机72为常规结构，比如运动机构71采用机械手或水平吊具等结构。在此不详细介绍。电弧增材组件7是为了在基板6上按照工件的形状形成沉积层74。

如图1、图3和图6所示，在本实施例中，轧制变形组件9设置有两组且分别位于直线往复驱动组件2的两侧，轧制变形组件9与保温组件8并排设置，以便保温组件8对沉积层74进行保温时同步进行轧制，保证轧制效果。

在本实施例中，轧制变形组件9包括第二安装座91、设于第二安装座91上的轧辊92以及调节轧辊92压力的压力调节螺杆914，两轧辊92同时对沉积层74的两侧进行轧制。压力调节螺杆914的作用是以便根据不同工件的形状来实现对沉积层74的轧制作用。具体地，第二安装座91包括第二支撑块911、多个第二转动块912以及第二支撑块911和第二转动块912，和两个第二转动块912之间设置的第二转动副913，第二转动块912和第二转动副913的作用是灵活调节轧辊92的位置，以便轧辊92紧贴沉积层74的表面，且采用两个对称的轧辊92对工件进行轧制处理，可以增大形变层厚度，破坏铸造组织，细化晶粒，并消除显微组织的缺陷，从而使材料组织密实，同时改善力学性能。压力调节螺杆914连接在第二支撑块911上并与底座1螺纹连接，这样压力调节螺杆914拧紧时，驱使第二支撑块911向靠近沉积层74的方向运动，以使轧辊92对沉积层74的压力增加，实现压力调节的目的。第二支撑块911通过螺钉固定在底座1上。

如图1和图7所示，在本实施例中，升降台3包括下板31、上板32、连接下板31和上板32的交叉支撑杆组33，以及驱动上板32相对下板31进行升降的液压缸34，下板31固定在工作台22上，基板6固定在上板32上，上板32上可以设置限位件如螺钉用于对基板6的位置进行固定。具体地，下板31上设有多个安装孔，安装孔用于安装螺钉以便将下板31固定在工作台22上，上板32和下板31的同一侧均设有导向滑槽311，交叉支撑杆组33的上下同一侧分别滑动设置在导向滑槽311内，另一侧固定在上板32和下板31上，这样液压缸34的伸缩杆在进行伸长或缩短时，能驱使上板32相对下板31进行上升或下降，从而来调节基板6上沉积层74的高度位置，以便保温组件8及轧制变形组件9对沉积层74不同的位置进行保温轧制。

在本实施例中，该装置通过外加温度场与力场耦合作用辅助电弧增材制造过程，先利用电感应加热对工件进行固溶处理，再通过深冷处理对材料迅速冷却，最后通过轧辊92和保温组件8对材料施加深冷变形，通过深冷超低温抑制位错运动促进晶粒细化，另外通过剧烈的塑性加工变形，使粗大晶粒破碎、细化，能够充分减小其残余应力和材料边部的裂纹问题，可大幅度提高加工产品的强度与韧性。该装置可实时在线完成增材制造、深冷处理、深冷变形和热处理等工艺过程，结构设计合理，操作简单，适用性强，自动化程度高、成形精度高，成本低。

本实施例该提供一种电弧增材与在线深冷形变热处理复合方法，该方法基于上述电弧增材与在线深冷形变热处理复合装置实现，该方法包括以下步骤：

S1、对基板6的表面打磨，去除氧化膜，并用丙酮试剂清洗表面；

S2、将基板6固定在升降台3上；基板6通过限位件如螺钉或夹具82等固定在升降台3的上板32上；

S3、启动深冷处理组件5，以使深冷处理箱51内进行预冷；

S4、电弧增材组件7在基板6上形成预定工件形状的沉积层74；

S5、直线往复驱动组件2将升降台3及基板6输送至热处理箱41内，热处理组件4启动，以便对沉积层74进行固溶处理；

S6、在固溶处理完成后，直线往复驱动组件2将升降台3及基板6快速输送至深冷处理箱51内，已经预冷的深冷处理组件5对沉积层74进行深冷处理；

S7、在深冷处理完成后，直线往复驱动组件2将升降台3及基板6输送至轧制变形组件9及保温组件8处；

S8、升降台3进行高度调节，以便轧制变形组件9对准沉积层74的预定轧制起始位置，与此同时，保温组件8对沉积层74进行保温；

S9、直线往复驱动组件2驱动所述升降台3往复运动，以使轧制变形组件9对沉积层74进行深冷轧制；

S10、对沉积层74完成一层轧制处理后，通过升降台3进行高度调节，以使轧制变形组件9对准下一层待轧制的位置，然后通过直线往复驱动组件2驱动所述升降台3往复运动，以使轧制变形组件9对沉积层74进行深冷轧制，以此循环，直至完成对沉积层74的轧制；

S11、完成轧制后的沉积层74回温至室温，然后通过直线往复驱动组件2驱使其进入热处理箱41内进行时效处理，时效处理完成后再冷却至室温。

在本实施例中，步骤S1中，基板6选用铝合金轧制板，尺寸为405mm×60mm×10mm，焊丝机所提供的焊丝采用直径为1.2mm的铝合金焊丝，采用冷金属过度焊。

在本实施例中，步骤S4中，电弧增材组件7的运动机构71实现焊枪移动和送丝机72构配合运动，实现电弧增材沉积，形成沉积层74，其中，电弧增材制造过程中的主要工艺参数包括焊接电流为96A，焊枪移动速度为10mm/s，送丝速度为6m/min，电弧增材过程中采用局部惰性气体保护装置，其中，充满高纯度氩气，气体流量为25L/min。

在本实施例中，步骤S5中，完成电弧沉积后，在感应加热装置42的高温辐射下，对沉积层74进行固溶处理，固溶温度为535℃，保温时间为1.5h。

在本实施例中，步骤S6中，使用液氮冷却喷枪55喷射液氮冷却沉积层74，深冷温度为-196℃，保温时间为1h。

在本实施例中，步骤S8中，先通过压力调节螺杆914调节轧辊92对沉积层74的轧制变形力，保温组件8的氮气冷却喷枪喷出氮气，以控制沉积层74表面温度为-196℃。

在本实施例中，步骤S11中，时效处理温度为175℃，保温时间为4h，时效完成后空冷至室温。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。