[發(fā)明專利]一種磁控等離子弧熔絲增材制造層寬自適應控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110364862.2
• 申請日: 2021-04-06
• 公開（公告）號: CN113042868B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發(fā)明（設計）人: 洪波;王登科;張正明;黃維;文志;肖郭城
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: B23K10/02
• 分類號: B23K10/02;B33Y50/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及公開一種磁控等離子弧熔絲增材制造層寬自適應控制方法。該方法通過改變經(jīng)過焊槍所加縱向交流磁場勵磁電流的大小，使電弧產(chǎn)生偏轉角θ，再通過建立電流I和偏轉角θ函數(shù)關系，獲得層寬的實時信息。得到寬度誤差之后通過計算機進行判斷，用FPGA控制模塊結合實時情況，控制Lc震蕩電路開關的通斷，合理的交替控制開關的通斷，來控制電容器的放電和充電，調整等離子弧柱外加縱向磁場的大小，進一步來調節(jié)等離子弧柱的壓縮程度。從而控制單位時間內沉積層金屬的熔覆量，來實現(xiàn)磁控等離子弧熔絲增材制造的層寬實時控制。

技術領域

本發(fā)明屬于金屬構件的電弧增材制造技術領域，涉及一種磁控等離子弧熔絲增材制造的層寬自適應控制方法。

背景技術

1.隨著航空航天、軌道交通等重要領域對金屬結構件的性能、精度、生產(chǎn)周期和生產(chǎn)成本的要求日趨苛刻，采用增材制造技術直接成形金屬零件成為研究熱點。

2.在增材制造領域，以電弧熱為熱源、絲材為原材料的電弧增材制造技術具有設備投資少、材料利用率高、生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)周期短、冶金結合性能好、綜合性能優(yōu)異等優(yōu)點，十分適合航空航天等領域小批量、多品種產(chǎn)品的快速、低成本研制生產(chǎn)。目前可用于熔絲增材制造的方法包括：激光增材制造和電子束增材制造。其中激光增材制造過程中由于激光能量輸出較大，使得熱輸入量增大，不利于控制氣孔和裂紋缺陷，且易氧化；而電子束增材制造需要利用真空室，對設備的要求較高，經(jīng)濟性較差。而等離子弧熔絲增材制造具有熱量輸出不大，設備要求不高，成型精度較高的特點，對于保證結構質量和提高經(jīng)濟性具有重要的意義。

3.等離子弧主要由帶點粒子組成，當施加與帶電粒子的運動方向相同的縱向磁場時，帶點粒子將會受到電磁力的作用，產(chǎn)生磁收縮作用，使得電弧的弧柱收縮，具有能量高、挺度大、成型速度快的特點。因為等離子焊對弧柱區(qū)約束太多，形成的等離子弧挺度大，不易控制，由于縱向磁場對加工段的等離子弧具有一定的約束作用，所以加工段的等離子弧具有較高的剛性和穩(wěn)定性，對成型產(chǎn)生一定的積極影響。

4.專利《一種機器人等離子弧雙冷填絲自動增材制造方法及裝置》申請?zhí)?01610994357.5.該發(fā)明公開了一種機器人等離子弧雙冷填絲增材制造的方法和裝置。該方法是通過控制送絲機的同步或交替送進，根據(jù)送絲信號的不同，以及改變絲材的材質實現(xiàn)增材制造的一種方法。該方法相對于單絲的增材制造而言，提高了效率。但是沒有考慮到等離子弧的一些基本特性對增材制造的影響，所以對一些精度要求高的的復雜構件無法滿足。

5.專利《一種金屬激光熔化增材制造方法》申請?zhí)?01711402065.該發(fā)明公開了一種金屬激光熔化增材制造方法。該方法在增材制造的每一層都要進行激光熔化、掃描探傷、機械去除、增材再制造。激光能量輸出比較大，不易于控制且易氧化。等離子弧具有能量高、挺度大、成型速度快的特點。通過磁控的方式給予了等離子弧約束作用，使得加工段的等離子弧具有較高的剛性和穩(wěn)定性，對比于激光熔化增材制造具有更積極的影響。

發(fā)明內容

本發(fā)明目的是克服電弧熔絲在精密精度增材制造過程中精準可控性的難點，提供一種磁控等離子弧熔絲增材制造層寬實時自適應控制方法。

具體的實施方式：

該焊接方法對層寬實時信息獲取方式主要是通過以下步驟：

1.焊接開始時，將焊槍在一個外接縱向交變磁場下進行焊接，磁控電弧傳感器控制電弧擺動以T₁為周期進行焊縫掃描。

其中：

L為預設工件長度；V₀為送絲速度