[發明專利]一種電磁輔助電弧增材制造成形裝置及方法

有效

• 申請號: 201911049776.1
• 申請日: 2019-10-31
• 公開（公告）號: CN110802304B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 張海鷗;陳堯;趙旭山;王桂蘭
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: B23K9/095
• 分類號: B23K9/095;B23K9/16;B23K9/28;B23K9/32;G01B11/24;G01R33/02
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智

本發明屬于金屬增材制造領域，并具體公開了一種電磁輔助電弧增材制造成形裝置及方法，其包括基板、電弧焊槍、電磁線圈、線激光掃描儀和磁場測量儀，所述電弧焊槍和電磁線圈位于所述基板上方，所述電弧焊槍用于在基板上焊接成形待成形零件，所述電磁線圈用于在待成形零件的焊道熔池處施加磁場；所述線激光掃描儀位于所述待成形零件上方，用于對焊道表面形貌進行檢測；所述磁場測量儀位于所述電磁線圈和待成形零件之間，并與所述電磁線圈相連，用于測量和控制所述電磁線圈施加在焊道熔池處的磁場強度。本發明在電弧增材制造時，通過電磁感應力對焊道熔池進行支撐，防止焊道流淌，減小焊接接頭的殘余應力，提高成形零件的力學性能。

技術領域

本發明屬于金屬增材制造領域，更具體地，涉及一種電磁輔助電弧增材制造成形裝置及方法。

背景技術

電弧增材制造技術是一種利用逐層熔覆原理，采用熔化極惰性氣體保護焊接(MIG)、鎢極惰性氣體保護焊接(TIG)以及等離子體焊接電源(PA)等焊機產生的電弧為熱源，通過絲材的添加，在程序的控制下，根據三維數字模型由線-面-體逐漸成形出金屬零件的先進數字化制造技術。

近幾年來，電弧增材制造技術己在航空、航天、汽車、機械制造、船舶鋁合金及化學工業中大量應用。電弧增材制造具有沉積效率高，絲材利用率高，整體制造周期短、成本低，對零件尺寸限制少，易于修復零件等優點。但是在焊接過程中焊接熱輸入較大，導致焊接變形較大，焊接速度慢，焊接效率低等問題。此外，在焊接過程中高溫條件下氫氣體溶于熔池金屬，在凝固和相變時氣體的溶解度下降時來不及逸出，導致焊縫中存在大量氣孔。

另外，材料的堆積是以高溫液態金屬熔滴過渡的方式進行的。成形過程中隨著熔敷層層數的增加，堆積零件熱積累嚴重、散熱條件差、熔池過熱難于凝固、熔敷層形狀難于控制，特別在零件邊緣堆積時，由于液態熔池的存在，使得零件的邊緣形態與成形精度的控制變得更加困難。這些問題都直接影響零件的冶金結合強度、熔敷層尺寸精度和表面質量。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種電磁輔助電弧增材制造成形裝置及方法，其目的在于，在電弧增材制造時，通過電磁感應力對焊道熔池進行支撐，防止焊道流淌，從而減小焊接接頭的殘余應力，提高零件力學性能，實現高效、高質的電弧增材制造。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提出了一種電磁輔助電弧增材制造成形裝置，包括基板、電弧焊槍、電磁線圈、線激光掃描儀和磁場測量儀，其中，所述電弧焊槍和電磁線圈位于所述基板上方，所述電弧焊槍用于在基板上焊接成形待成形零件，所述電磁線圈用于在待成形零件的焊道熔池處施加磁場；所述線激光掃描儀位于所述待成形零件上方，用于對焊道表面形貌進行檢測；所述磁場測量儀位于所述電磁線圈和待成形零件之間，并與所述電磁線圈相連，用于測量和控制所述電磁線圈施加在焊道熔池處的磁場強度。

作為進一步優選的，所述電弧焊槍的放電極與所述基板垂直。

作為進一步優選的，所述電磁線圈包括漆包扁銅線、支撐骨架和環氧板，所述漆包扁銅線纏繞在所述支撐骨架上，支撐骨架兩端用所述環氧板封堵，且支撐骨架內放置有鐵芯。

作為進一步優選的，所述電磁線圈外包裹有冷卻水管。

作為進一步優選的，該裝置還包括軋輥，其位于所述基板上方，用于在焊接成形后對焊道進行軋制。

按照本發明的另一方面，提出了一種電磁輔助電弧增材制造成形方法，其采用上述裝置實現，包括如下步驟：

S1電弧焊槍按預設路徑在基板上焊接成形待成形零件，電磁線圈跟隨焊槍移動，并按預設磁場強度在待成形零件的焊道熔池處施加磁場，從而產生電磁感應力支撐焊道熔池；

S2線激光掃描儀對焊道表面形貌進行實時檢測，若焊道表面形貌與預設標準形貌一致，則重復S1，若焊道表面形貌與預設標準形貌不一致，則通過磁場測量儀調整電磁線圈的磁場強度，并按調整后的磁場強度重復S1；