[发明专利]非熔化极电弧热丝增材制造丝材温度检测控制装置及方法

说明书

本发明公开了一种非熔化极电弧热丝增材制造丝材温度检测控制方法及装置，该装置包括温度采集控制装置、热丝电源和焊接电源，其中，温度采集控制装置包括红外温度传感器、热丝温度采集仪、热丝温度控制仪和显示器。红外温度传感器固定在非熔化极焊枪上，并将红外温度传感器通过热丝温度采集仪与显示器连接，且热丝温度控制仪与显示器均和热丝电源相连；将热丝温度控制仪将预设温度T₀和采集温度T₁的差值ΔT′与显示器中预设差值ΔT进行对比，及时调整热丝电源的加热电流，使丝材的加热温度稳定在预设温度；本发明能实现等离子弧热丝增材制造过程中丝材温度稳定的检测与控制，有效提高堆敷过程的稳定性以及增材构件的成型尺寸精度和质量。

技术领域

本发明属于丝材电弧增材制造领域，具体涉及一种非熔化极电弧热丝增材制造丝材温度检测控制装置及方法。

背景技术

丝材电弧增材制造技术的原型可以追溯到20世纪初，美国人首次将电弧作为热源，以金属熔滴逐层沉积的方法，制造出“3D打印”的金属沉积件，但并未引起过多的关注。直至20世纪末，在资源节约和高效制造的背景下，由于该技术具有成形好、效率高、成本低等优点，越来越多的学者相继专注于其基础研究和应用开发。

与传统的丝材电弧增材制造技术相比，非熔化极电弧热丝增材制造技术具有更高的堆敷效率，线能量相同时，单位时间能够熔化更多的添加丝材。影响热丝增材制造过程稳定性的工艺参数包括焊接电流、堆敷速度、送丝速度、丝材温度等，其中，丝材温度的影响最大，丝材温度的改变不仅直接影响堆敷过程的稳定性，还会影响成型构件的组织性能均匀性和成形质量。因此，实时监测丝材的加热温度使其保持稳定是提高堆敷过程稳定性的有效方法。

目前，现有技术对非熔化极电弧热丝增材制造丝材温度检测的研究较少。中国专利(申请号200910071997.9)公开了一种预热焊丝的温控电阻套，通过电阻热、高频感应、辅助电弧对低电阻率焊丝加热，能够将丝材温度控制在一定范围，但是其结构复杂，温度监测范围小，不适于等离子弧增材制造。文献《铝合金高频感应热丝TIG焊接方法》(范成磊,梁迎春,杨春利,等.铝合金高频感应热丝TIG焊接方法[J].焊接学报,2006,27(7):49-52.)采用热电偶对丝材温度进行检测，由于丝材的不断送进，导致热电偶与丝材接触稳定性较差，使测得的焊丝温度误差大、精度低。

发明内容

本发明目的在于提供一种非非熔化极电弧热丝增材制造丝材温度检测控制装置及方法。

为实现上述本发明目的，采取的技术方案为：

一种非熔化极电弧热丝增材制造丝材温度检测控制装置，包括：温度采集控制装置、热丝电源和焊接电源。其中，温度采集控制装置包括固定在非熔化极焊枪上的红外温度传感器，以及和显示器相连的热丝温度采集仪和热丝温度控制仪。所述的热丝温度采集仪能将红外温度传感器采集的温度信号进行转换并显示在显示器上，记为T₁，其与预设温度T₀的差值为ΔT′，当ΔT′高于或低于预设温度变化ΔT时，热丝温度控制仪调节热丝电源的热丝电流，使热丝温度稳定在预设温度。

基于上述非熔化极电弧热丝增材制造丝材温度检测控制装置，提供一种非熔化极电弧热丝增材制造丝材温度检测方法，具体步骤控制为：

1)堆敷试验开始前，设置丝材预设温度T₀和温度变化范围ΔT，调节夹具I使红外温度传感器发射的激光束避开非熔化极电弧，将采集点定位于丝材上；

2)焊枪到达指定位置并引弧，焊接电源发送信号给送丝机，送丝机开始送丝，同时热丝电源开始供电，丝材开始加热；

3)红外温度传感器获取丝材采集点的温度信号，经过温度采集仪，然后传递到显示器，显示采集的温度数值T₁和温度的变化曲线；