本发明属于增材制造领域，具体涉及一种抑制电弧增材制造铝合金气孔的方法及装置。
背景技术：
1、电弧增材制造技术(wire+arc additive manufacturing,waam)是以电弧作为热源，焊丝作为添加材料的增材制造技术，具有可直接成形大尺寸结构件、沉积效率高、材料利用率高等特点，其在航空航天、汽车制造、医疗器械等领域具有广泛应用。特别的，waam可以避免铝合金由于高激光反射率和高成形应力引起的成形性不佳的问题，成为铝合金增材制造的重要方向。然而，wamm成形铝合金的气孔问题一直是一个普遍存在的严峻挑战，这些气孔损坏了成形件的力学性能，极大限制了该技术的广泛使用。
2、目前，控制waam铝合金中气孔缺陷的方法主要是：优化工艺参数(电弧模式，电流，扫描速率等)、多能场辅助(激光-电弧复合、超声场和电磁场辅助等)以及后处理(层间轧制和激光冲击等)。然而，优化工艺参数是一个复杂而耗时的过程，且对不同的电弧增材制造方式(钨极惰性气体保护电弧增材，冷金属过渡电弧增材制造技术等)和材料特性极其敏感，无法保证成形过程的稳定性和可重复性；多能场辅助和后处理则会增加工艺复杂度和生产成本，在复杂形状和大尺寸构件的制造中有较大限制。
技术实现思路
1、本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种抑制电弧增材制造铝合金气孔的方法及装置，该方法通过电弧增材制造技术制造铝合金时，解决了易于产生气孔，且现阶段缺少合适的控制措施的问题。
2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
3、一种抑制电弧增材制造铝合金气孔的方法，电弧增材制造铝合金过程中，基板内部流通有冷却液，基板处于液氮环境中；
4、电弧增材沉积一层，在沉积层表面喷洒一次液氮。
5、本发明的进一步改进在于：
6、优选的，所述基板内部流通的冷却液布满整个基板区域。
7、优选的，每次喷洒时间大于阈值，所述阈值通过单层沉积长度、单层沉积喷洒时间和总沉积长度确定。
8、优选的，喷洒过程中，液氮枪在沉积层表面移动。
9、一种用于实现上述方法的抑制电弧增材制造铝合金气孔的装置，包括基板、所述基板内设置有冷却液通道，所述基板位于上端开口的腔体中，所述腔体的边部设置有挡板；
10、所述腔体的上方设置有电弧增材制造的焊枪和液氮的喷洒枪。
11、优选的，所述基板的水平截面积为沉积试样底部投影面积的5-10倍。
12、优选的，所述冷却液通道布满整个基板。
13、优选的，所述挡板的高度为50-100mm；相邻的挡板之间，以及挡板和基板之间设置有密封材料。
14、优选的，所述冷却液通道内通入的冷却液为水。
15、优选的，所述基板为铝合金基板。
16、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
17、本发明公开了一种抑制电弧增材制造铝合金气孔的方法，该方法针对电弧增材制造热输入大，易于造成铝合金产生气孔的情况，引入了基板内冷却和外表面冷却的原位双重冷却方案，以解决waam成形铝合金构件中常见的气孔问题。该方法在电弧增材制造铝合金的过程中，一方面基板内部不断通入冷却液，通过基板不断冷却沉积件，另一方面基板处于液氮环境中，使得电弧增材制造过程中的熔池形成过程就是在液氮环境中，进一步的，每沉积一层，从沉积层的上表面再冷却一次，使得熔池的上表面也能快速冷却，方法通过提高冷却速率(降低10％以上)，使得电弧增材制造过程中熔池尺寸减少40％以上，进而缩短了气孔溢出的距离，使得增材制造过程中产生的气孔能够迅速的排出，该方法从根本上解决了电弧增材制造在制造铝合金时易于产生气孔的问题，通过双重冷却，使得熔池冷却速度快，减少气孔的生成并促进其排除。与传统方法相比，该方案更加普适、简单和有效，该方法可普遍适用于各种铝合金的电弧增材制造过程，具有较高的普适性和广泛的应用前景；原位双重冷却操作更加简单有效，易于实施，在提升气孔抑制效果的同时降低了时间和经济成本；该原位双重冷却方案在减少气孔的同时可降低成形过程中的热积累，优化由于电弧成形过程中热积累导致组织粗大问题。
18、进一步的，沉积一层，喷洒一层液氮，使得液氮能够大量存储在基板周围。
19、进一步的，喷洒液氮过程中，液氮枪在沉积层表面能够移动，使得能够充分的冷却每一层的沉积层。
20、本发明还公开了一种抑制电弧增材制造铝合金气孔的装置，该装置内部设置有冷却通道，且设置有挡板形成腔体，使得基板能够处于腔体中，腔体能够为基板提供液氮环境；腔体在焊枪和喷洒枪下，方便电弧增材制造沉积和喷洒液氮的交替运行。
1.一种抑制电弧增材制造铝合金气孔的方法，其特征在于，电弧增材制造铝合金过程中，基板内部流通有冷却液，基板处于液氮环境中；
2.根据权利要求1所述的一种抑制电弧增材制造铝合金气孔的方法，其特征在于，所述基板内部流通的冷却液布满整个基板区域。
3.根据权利要求1所述的一种抑制电弧增材制造铝合金气孔的方法，其特征在于，每次喷洒时间大于阈值，所述阈值通过单层沉积长度、单层沉积喷洒时间和总沉积长度确定。
4.根据权利要求1所述的一种抑制电弧增材制造铝合金气孔的方法，其特征在于，喷洒过程中，液氮枪在沉积层表面移动。
5.一种用于实现权利要求1所述方法的抑制电弧增材制造铝合金气孔的装置，其特征在于，包括基板(1)、所述基板(1)内设置有冷却液通道(2)，所述基板(1)位于上端开口的腔体(3)中，所述腔体(3)的边部设置有挡板(4)；
6.根据权利要求5所述的抑制电弧增材制造铝合金气孔的装置，其特征在于，所述基板(1)的水平截面积为沉积试样底部投影面积的5-10倍。
7.根据权利要求5所述的抑制电弧增材制造铝合金气孔的装置，其特征在于，所述冷却液通道(2)布满整个基板(1)。
8.根据权利要求5所述的抑制电弧增材制造铝合金气孔的装置，其特征在于，所述挡板(4)的高度为50-100mm；相邻的挡板(4)之间，以及挡板(4)和基板(1)之间设置有密封材料。
9.根据权利要求5所述的抑制电弧增材制造铝合金气孔的装置，其特征在于，所述冷却液通道(2)内通入的冷却液为水。
10.根据权利要求5所述的抑制电弧增材制造铝合金气孔的装置，其特征在于，所述基板(1)为铝合金基板。
