[發明專利]交叉結構件GTA填絲增材制造成形控制方法

有效

• 申請號: 201810090693.6
• 申請日: 2018-01-30
• 公開（公告）號: CN108213659B
• 公開（公告）日: 2020-04-14
• 發明（設計）人: 熊俊;朱貝貝
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: B23K9/167
• 分類號: B23K9/167;B23K9/02;B33Y10/00
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 敖歡;葛啟函

本發明提供一種交叉結構件GTA填絲增材制造成形控制方法，交叉結構件為在同一成形層里、不同成形道的路徑上存在交叉的結構件，具體包括以下步驟：標定電弧電壓與鎢極端部到電弧正下方成形層表面的距離的關系；確定成形路徑，在交叉結構件成形過程中，檢測電弧電壓，計算機控制系統由閉環控制器根據采集電弧電壓與預設電弧電壓的誤差控制輔助送絲速度，實現對路徑長度內成形高度與路徑交叉點成形的控制；本發明提出一種交叉結構件GTA填絲增材制造成形控制的新思路，在構件成形端長度內調控送絲速度，在交叉路徑點處，利用閉環控制器自動減少送絲量，有效解決了交叉結構件GTA填絲增材制造成形穩定性差、成形層交叉路徑處高度凸起等難題。

技術領域

本發明屬于電弧填絲增材制造技術領域，具體涉及一種交叉結構件GTA填絲增材制造成形控制方法。

背景技術

GTA填絲增材制造采用GTA電弧作為熱源熔化外加輔助絲材，逐層成形全焊縫金屬，由于電流和送絲速度可分開調節，因此成形過程具有熱輸入可控、成形件組織及力學性能可控、成形質量高等優點，適用于復雜工件的柔性化制造。

交叉件是復雜工件的一類典型結構，其特點是在同一成形層里，不同成形道的路徑上存在交叉。目前，交叉結構件GTA填絲增材制造時，存在以下兩大主要難點：(1)層內成形路徑交叉，導致交叉點處凸起，成形高度顯著增加，成形變差，且鎢極端部易與熔池接觸，導致熔池與鎢極被污染，最終使成形過程無法繼續進行。(2)散熱條件與工藝參數波動，引起鎢極端部到電弧正下方成形層的距離變化較大。當距離過大時，電弧能量不能集中，熔滴呈現大滴過渡；若距離過短，焊絲容易扎進熔池，導致送絲困難，無法繼續成形。上述問題將給交叉結構件的制造帶來巨大挑戰，因此，有必要開展交叉結構件GTA填絲增材制造成形控制研究。

目前，對于交叉結構件成形控制的研究寥寥無幾，有研究學者提出利用視覺傳感系統檢測成形過程高度，但檢測系統安裝復雜，不適用于復雜交叉結構件的成形控制。部分研究學者提出采用機械加工的方法，每成形一層，在成形件表面交叉點處進行銑削，然而此種方法浪費材料，更費時費力。因此，有必要提供一種新型的實時有效的控制方法，從而進一步提高交叉結構件GTA填絲增材制造成形穩定性與質量。

發明內容

本發明的目的是為解決交叉結構件GTA填絲增材制造過程成形穩定性差、成形層交叉路徑處凸起等難題，提供一種交叉結構件GTA填絲增材制造成形控制方法。

為實現上述發明目的，本發明技術方案如下：

交叉結構件GTA填絲增材制造成形控制方法，所述交叉結構件是在同一成形層里、不同成形道的路徑上存在交叉的結構件，包含以下步驟：

步驟一：調節GTA焊槍位置，使其垂直于基板上表面，引燃GTA電弧，開始送絲，標定電弧電壓U與從GTA焊槍內鎢極端部到電弧正下方成形層表面的距離L的關系；

步驟二：交叉結構件由n層組成，每層有m條成形道，設定期待電弧電壓為U₀；

步驟三：調節GTA焊槍位置，使其垂直于基板上表面，沿設定的交叉路徑，確定第i層第j道的GTA焊槍起弧及熄弧位置點，初始值i＝1，j＝1；

步驟四：引燃GTA電弧，開始成形第i層第j道，初始值i＝1，j＝1，待GTA焊槍運動距離超過起弧端長度后，開始實時采集成形過程電弧電壓信號U_k，計算采集電弧電壓U_k與期待電弧電壓U₀的誤差，閉環控制器根據誤差的大小和方向計算送絲速度調節值，送絲速度調節值由計算機控制系統輸出給送絲機構，進而將檢測的電弧電壓信號U_k調回到期待電弧電壓U₀；

步驟五：重復步驟三、四，完成第i層第j道(j＝2，3，…，m)的成形，m道成形完成后，將GTA焊槍抬高一個分層切片高度；