[發明專利]一種基于電弧聲波信號檢測與評估電弧三維快速成形制造過程穩定性的方法

有效

• 申請號: 201710095569.4
• 申請日: 2017-02-22
• 公開（公告）號: CN106862716B
• 公開（公告）日: 2019-03-12
• 發明（設計）人: 羅怡;朱亮;韓靜韜;張成洋;王子琪;熊偉;杜海濤
• 申請（專利權）人: 重慶理工大學
• 主分類號: B23K9/00
• 分類號: B23K9/00;B23K9/04;B23K9/095
• 代理公司: 重慶華科專利事務所 50123
• 代理人: 康海燕

本發明公開一種基于電弧聲波信號檢測與評估電弧三維快速成形制造過程穩定性的方法。該方法借助實時檢測電弧三維快速成形制造過程中電弧激發的聲波信號波形，提取出聲波信號中所有高于振幅閾值的峰值得到峰值散點分布圖，并計算出峰值標準差，根據峰值散點分布圖繪制得到電弧聲波振動曲線，以峰值標準差和峰值散點分布圖、電弧聲波振動曲線評估電弧三維快速成形制造過程穩定性。利用本發明能夠實現對電弧三維快速成形制造過程穩定性的檢測與評估，同時也適合用于金屬材料電弧堆焊、電弧熔敷與電弧近凈成形等其它電弧增材制造過程穩定性的檢測與評估。

技術領域

本發明涉及一種檢測與評估電弧三維快速成形制造過程穩定性的方法，適用于檢測與評估金屬材料電弧三維快速成形制造過程穩定性應用場合，同時也適合用于金屬材料電弧堆焊、電弧熔敷與電弧近凈成形等其它電弧增材制造過程穩定性的檢測與評估。

背景技術

直接制造金屬零件以及金屬部件，是制造業對金屬材料三維快速成形制造技術提出的終極目標。早在20世紀90年代三維快速成形制造技術發展的初期，研究人員便已經嘗試基于各種快速原型制造方法實現金屬制件的制備。與立體光造型（Stereolithography,SLA）、疊層制造（Laminated object manufacturing, LOM）、熔融沉積成型（Fuseddeposition modeling, FDM）等快速原型制造技術相比，選擇性激光燒結技術（Selectedlasersintering, SLS）由于其使用粉末材料的特點，為制備金屬制件提供了一種最直接的可能。隨著大功率激光器在快速成形技術中的逐步應用，SLS技術隨之發展成為選區激光熔化成形技術（Selective laser melting, SLM）。該技術利用高能量的激光束照射預先鋪覆好的金屬粉末材料，將其直接熔化并固化成形獲得金屬制件。在SLM技術發展的同時，基于激光堆焊和激光熔覆技術，逐漸形成了金屬成形制造技術研究的另一重要分枝——激光快速成形技術（Laser rapid forming, LRF）或激光立體成形技術（Laser solid forming,LSF）。該技術利用高能量激光束將與光束同軸噴射或側向噴射的金屬粉末直接熔化為液態，通過運動控制，將熔化后的液態金屬按照預定的軌跡堆積凝固成形，獲得從尺寸和形狀上非常接近于最終零件的“近形”制件，并經過后續的小余量加工后以及必要的后處理獲得最終的金屬制件。

SLM技術和LRF技術作為金屬快速成形制造技術的兩個主要研究熱點，引領著當前金屬快速成形制造技術的發展。采用激光等高能束熱源進行金屬材料的快速成形制造，其設備復雜、價格昂貴，而且成形工藝復雜，成形零件微觀組織的致密度不高。電弧快速成形制造技術就是在這種背景之下興起的，使用焊接電弧作為熱源，采用焊接設備及工藝方法制成由全焊縫金屬組成的零件，因此又稱為電弧快速成形制造技術。在電弧三維快速成形制造過程中，電弧能量作用于制造區而產生的電弧燃弧和熔滴過渡穩定性變化是影響制造質量的重要因素。因此，在電弧三維快速成形制造過程中采用專用儀器或方法檢測與評估制造穩定性對于制造過程的控制和制造質量的評估具有非常重要的現實意義。在電弧三維快速成形制造過程中，電弧熱源、熔滴與熔池形成的相互作用效應會以不同形式釋放能量，以空氣負載形式釋放的聲波即是其中的一種。

發明內容

本發明針對金屬材料電弧三維快速成形制造過程穩定性，提供一種基于電弧聲波信號的檢測與評估方法，其利用電弧激發的可聽聲波能量作為信息源，實時檢測電弧所產生的聲波信號，提取信號的特征分布，實現對電弧三維快速成形制造過程穩定性的檢測和評估。

本發明采取以下技術方案：

一種基于電弧聲波信號檢測與評估電弧三維快速成形制造過程穩定性的方法，所述方法利用實時檢測電弧沖擊產生的連續可聽聲波釋放特征，實現對電弧三維快速成形制造過程穩定性的評估，所述方法的步驟如下：

（1）安裝聲波傳感器于電弧側上方；

（2）打開電弧發生器電源，開始對目標對象的三維快速成形制造；