[發明專利]基于電流傳感的交叉路徑金屬構件GMA增材制造方法

有效

• 申請號: 201811284792.4
• 申請日: 2018-10-31
• 公開（公告）號: CN109128437B
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 熊俊;喻永圣;劉廣超;陳輝
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: B23K9/04
• 分類號: B23K9/04;B23K9/12;B23K9/16
• 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

本發明提供一種基于電流傳感的交叉路徑金屬構件GMA增材制造方法，在交叉路徑金屬構件GMA增材制造過程中，采用電流傳感器實時檢測所有堆積路徑上GMA電弧的電流變化曲線，計算機控制系統根據檢測電流與設定電流的偏差及該偏差的變化趨勢，控制堆積路徑上的行走速度，從而實時調節堆積道上的絲材填充量，實現交叉路徑金屬構件GMA增材制造堆積路徑及路徑交叉點成形的控制，本發明方法在金屬構件堆積路徑長度及路徑交叉點處，通過電弧電流傳感反饋堆積高度變化，實時改變GMA槍行走速度來調控堆積路徑上的填絲量，有效解決了交叉路徑金屬構件GMA增材制造凸起嚴重的難題。

技術領域

本發明屬于電弧填絲增材制造技術領域，具體涉及一種基于電流傳感的交叉路徑金屬構件GMA增材制造方法。

背景技術

熔化極氣體保護電弧(Gas Metal Arc，GMA)增材制造采用GMA電弧作為熱源不斷熔化填充絲材，逐層制造形成全焊縫金屬構件。由于具有電源設備廉價、堆積效率高、絲材與電極同軸等顯著優點，因而廣泛應用于中大尺寸復雜金屬構件的直接成形。

交叉路徑金屬構件是復雜構件的一種典型結構，其特點是在同一高度的成形層內，不同堆積道的路徑上存在重疊與交叉。采用GMA增材制造技術成形這類交叉路徑金屬構件的難點是在交叉路徑處由于重復絲材填充形成凸起，并且隨著堆積層數的增加，凸起點嚴重增高，一方面，引起凸起點相鄰區域成形變差，另一方面，導致GMA槍與凸起點發生碰撞，后續堆積過程無法繼續進行。因此，必須采取相關措施以解決交叉路徑金屬構件GMA增材制造成形穩定性的技術難題。

目前，解決這一技術難題的方法主要有兩種：(1)采用增減材復合制造技術，每堆積一層，利用數控銑削方法對凸起點進行加工，但引入減材設備的同時，也降低了材料利用率，并延長了金屬構件的生產周期；(2)通過合理的路徑優化手段控制交叉路徑處凸起點的成形，但該方法控制效果有限，不能完全消除凸起點的影響，且路徑優化效果需要反復開展工藝試驗。

中國發明專利申請號為201810090693.6的“交叉結構件GTA填絲增材制造成形控制方法”提出采用電弧電壓作為檢測手段反饋凸起點的特征參量，通過調節送絲速度控制凸起點成形，由于GTA與GMA熱源特性完全不同，這種基于弧壓檢測的方法不能用于交叉路徑金屬構件GMA增材制造，其主要原因是：在GTA增材制造中，GTA槍噴嘴到堆積層表面距離變化時，GTA槍內鎢極尖端到堆積層表面的距離可近似表征弧長，而弧長可由電弧電壓間接表征，在GMA增材制造中，GMA槍噴嘴到堆積層表面距離變化時，由于GMA電源的恒壓特性，絲材干伸長變化，從而保持弧長及電弧電壓恒定，即電弧電壓不能表征交叉路徑凸起點高度的變化。因此，亟待提出一種新方法以解決交叉路徑金屬構件GMA增材制造過程形成嚴重凸起缺陷的難題。為此，本發明提出基于GMA電弧電流反饋的檢測方法，GMA槍噴嘴到堆積層表面距離變化時，絲材干伸長變化引起的電阻熱波動，會致使GMA電弧電流變化，故GMA電弧電流可間接表征交叉路徑凸起點的高度。但是，中國發明專利申請號為201810090693.6的“交叉結構件GTA填絲增材制造成形控制方法”中提出的通過送絲速度控制凸起點成形的方式并不能用于GMA電弧，因為在GMA電弧中調節送絲速度會引起電弧電流的變化，以電弧電流作為反饋參量還需克服送絲速度調節引起的電弧電流變化是不合適的。因此，需要尋求其他控制變量來調控凸起點處金屬絲材的填充量。

發明內容

本發明的目的是為解決交叉路徑金屬構件GMA增材制造產生嚴重凸起點的難題，提供一種基于電流傳感的交叉路徑金屬構件GMA增材制造方法。

為實現上述發明目的，本發明技術方案如下：