[發(fā)明專利]GMAW增材制造同向式成形方式成形形貌控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610399000.2
• 申請(qǐng)日: 2016-06-06
• 公開（公告）號(hào): CN105880808B
• 公開（公告）日: 2018-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 熊俊;尹紫秋;雷洋洋;陳輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 主分類號(hào): B23K9/173
• 分類號(hào): B23K9/173;B23K9/04
• 代理公司: 成都點(diǎn)睛專利代理事務(wù)所(普通合伙)51232
• 代理人: 敖歡,葛啟函

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于增材制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種熔化極氣體保護(hù)電弧(Gas metal arc welding，GMAW)增材制造同向式成形方式成形形貌控制方法。

背景技術(shù)

電弧填絲增材制造采用電弧作為熱源，金屬絲材作為填充材料，按照設(shè)定的成形方式逐層成形直至形成全焊縫金屬零件。與傳統(tǒng)的鑄造和機(jī)械加工技術(shù)比較，電弧填絲增材制造成形的靈活性大，無需專用的夾具和工裝，極大提高了材料利用率。更為重要的是，成形的構(gòu)件致密度高、冶金結(jié)合性能好、化學(xué)成分均勻、力學(xué)性能優(yōu)良，與整體鍛造件相比具有強(qiáng)度高、韌性好等優(yōu)點(diǎn)。目前，電弧填絲增材制造技術(shù)從基礎(chǔ)研究到應(yīng)用開發(fā)已經(jīng)受到研究者們的廣泛關(guān)注。

電弧填絲增材制造常用的熱源有熔化極氣體保護(hù)電弧、鎢極氬弧，等離子弧。金屬構(gòu)件成形方式主要有同向式成形和交錯(cuò)式成形。同向式成形是指成形過程始終沿同一方向進(jìn)行，交錯(cuò)式成形是指相鄰層間的成形方向相反。電弧填絲增材制造在成形時(shí)，總是呈現(xiàn)出起弧端高，熄弧端低的特性，如果采用同向式成形方式，則會(huì)在成形件兩端產(chǎn)生很大的高度尺寸差異。當(dāng)成形到一定層數(shù)時(shí)，起弧端會(huì)與焊槍噴嘴發(fā)生碰撞，熄弧端由于與焊槍噴嘴距離過大，成形層保護(hù)效果不好，進(jìn)而產(chǎn)生氣孔缺陷。上述缺陷均會(huì)致使電弧填絲增材制造過程無法繼續(xù)進(jìn)行。

針對(duì)上述同向式成形過程產(chǎn)生的缺陷，亟需開發(fā)一種GMAW增材制造同向式成形形貌控制方法，該技術(shù)的研究對(duì)于攻克GMAW增材制造成形形貌控制的難題具有十分重要的意義。目前國內(nèi)外大多采用交錯(cuò)式成形方式來控制成形件起弧端與熄弧端差異，但尚未開展GMAW增材制造同向式成形方式成形形貌控制的研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有GMAW增材制造同向式成形方式中，成形件起弧端和熄弧端高度尺寸差異的問題，提供一種GMAW增材制造同向式成形方式成形形貌控制方法。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明技術(shù)方案如下：

一種GMAW增材制造同向式成形方式成形形貌控制方法，包括如下步驟：

步驟一：采用PLC控制器完成GMAW增材制造過程起弧與熄弧動(dòng)作I/O控制、成形電流及成形電壓的電信號(hào)D/A給定控制，使起弧端的成形速度和成形電壓是平穩(wěn)端的1.2-1.5倍，熄弧端的成形速度、成形電流、成形電壓是平穩(wěn)端的0.7-0.95倍，起弧端成形長度設(shè)定為8-15mm，熄弧端成形長度設(shè)定為8-16mm；

步驟二：成形開始前，通過PLC人機(jī)控制界面完成成形速度、成形電流和成形電壓在平穩(wěn)端的初始設(shè)定，在起弧端成形長度內(nèi)使成形速度和成形電壓在到達(dá)平穩(wěn)端時(shí)逐漸減小到平穩(wěn)端的成形速度和成形電壓值；

步驟三：當(dāng)成形過程接近熄弧端時(shí)，在熄弧端長度內(nèi)逐漸減小成形電流、成形速度、成形電壓；成形方式結(jié)束后，PLC斷開控制信號(hào)使成形速度為零，電弧繼續(xù)持續(xù)20-1000ms后熄滅；

步驟四：將GMAW焊槍升高一個(gè)層高，通過PLC控制器控制焊槍回到成形起弧端處；層間等待1-5min，使成形件上表面溫度冷卻到20-300℃；

步驟五：繼續(xù)重復(fù)步驟二、步驟三和步驟四，完成剩余層的成形，直到整個(gè)結(jié)構(gòu)件成形尺寸符合要求為止。

作為優(yōu)選方式，成形參數(shù)在起弧端長度和熄弧端長度內(nèi)的變化增量是通過以下方式實(shí)現(xiàn)的：

(1)設(shè)定成形過程中成形電壓在起弧端初始值U₁，穩(wěn)定端成形電壓U，熄弧端成形電壓末端值U₂；成形速度在起弧端初始值V₁，穩(wěn)定端成形速度V，熄弧端成形速度末端值V₂；成形電流穩(wěn)定端I，熄弧端成形電流末端值I₂；起弧端長度L₁，熄弧端長度L₂，計(jì)算機(jī)采樣周期P；

(2)根據(jù)下式求得成形電壓、成形速度及成形電流的采樣周期變化值：

ΔU_起＝|U-U₁|(V₁+V)P/(2L₁)

ΔU_熄＝|U-U₂|(V₂+V)P/(2L₂)

ΔV_起＝|V-V₁|(V₁+V)P/(2L₁)

ΔV_熄＝|V-V₂|(V₂+V)P/(2L₂)