[发明专利]一种磁场控制式电弧机器人增材成形方法及装置

说明书

本发明公开了一种磁场控制式电弧机器人增材成形方法。该方法为：将电弧增材制造的焊接参数输入控制器中；控制器根据制造参数的实时变化驱动磁场发生装置中的励磁电源产生不同强度的纵向磁场；当增材件堆敷的表面出现气孔时，通过空心轴电机控制激磁线圈的旋转产生环形磁场，对熔池进行不同程度的振荡搅拌；最终实现磁场控制电弧机器人将熔融丝材按照成形路径逐层堆积自动增材成形。本发明有利于控制增材过程中电弧的形态以及运动状态；采用环形磁场搅拌，能够加快熔池中的气孔等夹杂物的上浮速度，得到稳定性好、可控性好的旋转射流过渡，从而大幅减少增材制造件中的气孔等缺陷，提高电弧机器人增材成形件成形形貌的连续一致性。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，具体涉及一种磁场控制式电弧机器人增材成形方法及装置。

背景技术

现代工业高端装备正向大型化、高参数、极端恶劣条件下高可靠、长寿命服役的方向快速发展，高性能难加工金属大型关键构件制造技术被公认为是重大高端装备制造业的基础和核心关键技术。电弧增材制造技术是指采用电弧作为热源将金属丝材熔化，然后按设定成形路径在基板上堆积层片，层层堆敷直至金属零件成形结束。成形零件由全焊缝金属组成，致密性高、冶金结合性能好、化学成分均匀、力学性能好，并且相比于激光、电子束增材制造技术，电弧增材制造技术具有成本低、成形速率快、能够成形大尺寸复杂件等优点。

目前，电弧增材成形技术在成形零件的的成形特征、组织均匀程度和力学性能等方面有了很大提高，但仍存在成形零件的精度不高需要切削加工、组织性能、力学性能与实际生产中使用的传统制造方法制造的性能有较大的差距等问题。成形零件最终要的质量是成形零件的外观精度。而熔滴过渡及焊接过程的稳定性控制性较差，这是焊接技术的特点也是普遍缺点，电弧增材成形中成形材料的添加是金属材料以高温的液态熔滴的形式过渡到熔池中来完成的。

另外，利用电弧增材制造技术制造金属件在成形件表面质量的控制上依然存在着较大的困难，主要是因为电弧和熔池的稳定性随“时间一空间”变化而变化，从而难以实现成形件表面质量的控制。

专利申请号为201510198833.8的发明涉及一种焊接用旋转磁场发生装置，通电后, 每组线圈中间产生平行线圈轴线的磁场,此磁场随着电流的变化也呈正余弦变化，磁场方向做圆周运动，大小不变，使得焊接电弧也随着磁场做圆周运动，当焊枪向前移动,电弧发生螺旋前进,完成焊接。可以产生横向的恒定大小的低频匀速旋转磁场,来控制焊接电弧运动轨迹完成焊接,使得热量一定程度重新分布，降低熔化边界的温度梯度,减小成分偏析,改善焊缝成形。

专利申请号为201610363272.7的发明公开了一种解决高氮钢焊接气孔和提高接头强度的焊接装置及其焊接方法。两个焊接工件按照对接的形式固定在第一工件支撑板和第二工件支撑板上，两个焊接工件之间形成焊件接头间隙,在焊接工件的正面、焊件接头间隙处有坡口,第一通水铜管的管壁、第二通水铜管的管壁紧贴在坡口两侧励磁线圈置于焊接工件的背面,激光束垂直照射在焊接工件的正面,焊枪置于焊接工件的正面，激光束、焊件接头间隙和励磁线圈同轴线。解决了现有技术中高氮钢在焊接过程中易产生气体、氮化物、碳化物以及碳氮化物易析出、焊缝晶粒粗大的问题，从而提高了高氮钢焊接接头的力学性能，改善了焊接热影响区的韧性。

专利申请号为201110181329.9的发明一种焊接过程中使用脉冲磁场细化焊缝组织的方法，包括采用普通的熔化极气体保护焊方法进行焊接加工，在熔化极气体保护焊焊接熔池的上方设置外加磁场，所述磁场的机械移动与焊枪移动同步，在焊接过程中，通过所述磁场控制电弧和熔滴过渡行为，促使熔化极气体保护焊熔池内金属熔体强制运动，产生电磁搅拌作用，最终实现焊接过程中细化焊缝组织的目的。本发明的方法和设备在焊接过程中细化焊缝组织、减少焊接缺陷，从而降低成本，提高焊接质量和生产效率。