[發明專利]一種金屬結構多層多道復合電弧增材制造方法及系統

有效

• 申請號: 202011623517.8
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112846445B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 董巍;湯洪淝;程遠
• 申請（專利權）人: 南京英尼格瑪工業自動化技術有限公司
• 主分類號: B23K9/04
• 分類號: B23K9/04;B33Y30/00;B33Y10/00
• 代理公司: 南京泰普專利代理事務所(普通合伙) 32360
• 代理人: 張磊

本發明提出了一種金屬結構多層多道復合電弧增材制造方法及系統，電弧增材制造方法包括如下步驟：步驟1、選擇成形特定金屬結構件所需要的焊絲和基板，確定工藝參數；步驟2、生成外壁+短直線填充+分層變向填充的多層多道電弧增材路徑；步驟3、焊槍在機器人驅動下按生成的多層多道電弧增材路徑運動。焊槍在機器人驅動下按生成的外壁+短直線填充+分層變向填充復合路徑進行3D打印，外壁路徑提高了成形工件的尺寸精度，短直線填充路徑解決了打印過程復雜結構件高度不一致的情況且不容易形成明顯的宏觀翹曲變形，分層變向填充極大程度減少了層間缺陷，提升了工件力學性能。實現了零件制造的數字化、智能化和并行化。

技術領域

本發明涉及一種金屬結構多層多道復合電弧增材制造方法及系統，涉及增材制造領域。

背景技術

電弧增材制造技術（Wire Arc Additive Manufacture，WAAM）是一種采用電弧或等離子弧作為熱源將金屬焊絲熔化，在程序或軟件控制下采用逐層熔覆原理，根據三維數字模型由線-面-體制造出接近產品形狀和尺寸要求的三維金屬坯件的先進數字化制造技術。電弧增材制造技術具有制造成本低、材料利用率高、生產效率高等優點。近年來，采用電弧增材制造技術進行多層多道打印獲得成形尺寸精度高、表面質量良好和力學性能優良的復雜金屬零件受到廣泛關注。

電弧增材制造的成形零件由全焊縫金屬組成，現有的多層多道電弧增材技術存在以下問題：電弧增材制造過程起收弧位置高度不一致，會造成弧坑塌陷；復雜金屬零件結構特征較多，打印過程會出現高度不一致現象；電弧增材制造過程熱輸入量較大，液態熔池在沒有約束的情況下極易向熔道兩側流動，會造成零件側壁成形精度低。

發明內容

發明目的：一個目的是提出一種金屬結構多層多道復合電弧增材制造方法，以解決現有技術存在的上述問題。進一步目的是提出一種實現上述方法的系統。

技術方案：一種金屬結構多層多道復合電弧增材制造方法，包括以下步驟：

步驟1、選擇成形特定金屬結構件所需要的焊絲和基板，確定工藝參數；

步驟2、生成外壁+短直線填充+分層變向填充的多層多道電弧增材路徑；

步驟3、焊槍在機器人驅動下按生成的多層多道復合電弧增材路徑運動。

在進一步的實施例中，步驟1進一步包括：

步驟1-1、確定成形特定金屬結構件所需要的工藝參數，包括焊接程序、送絲速度、打印速度、切片層高、保護氣種類與流量，各參數之間關系如下：

式中，V表示焊接速度，F表示焊縫截面積，v表示送絲速度，f表示焊絲截面積；

步驟1-2、將工件單道焊縫截面輪廓擬合成余弦函數模型，此時滿足如下關系式：

其中：

則單道焊縫截面積預測值A為：

式中，W表示焊縫寬度，H表示焊縫高度；

步驟1-3、根據步驟1-1和步驟1-2的兩式得到送絲速度與焊縫寬度與焊縫高度之間的關系式：