[发明专利]一种可控磁场辅助的倾斜构件的电弧增材制造方法

权利要求书

1.一种可控磁场辅助的倾斜构件的电弧增材制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：在焊机上输入电弧增材的预设参数，在竖直方向上设置向上的磁场，开始进行增材；

步骤二：采用电弧填丝增材制造堆积第一层第一道，焊枪垂直于基板，沿水平方向横向偏移的距离约为第一层第一道堆积宽度的0.5倍，道间等待时间为30s，然后开始以同样的偏移距离堆积第二道、第三道直至n道成型；

步骤三：焊枪升高一个层高h，然后沿水平方向偏移同样的距离d，完成第二层的n-1道焊道的堆积；

步骤四：获取第一层焊道的增材动态磁光图像，提取出电弧采样数据点偏移参考位置平面的位移信息；通过MATLAB软件和CCD视觉检测软件，根据采样数据点的偏移量按材料和采样周期不同进行分区间剖分，建立堆焊层的网格模型，加入等效高度模型后进行堆焊层面重建，得到第2层第n焊道与第一层第n焊道的电弧位置偏离参考点的偏移值；

步骤五：磁场根据偏移值驱动执行磁铁增强磁场，从而获得抵消熔池重力的电磁力，使电弧回归平稳状态；

步骤六：焊枪沿垂直方向偏移角度α，tan(90°-α)即倾斜结构件的斜度，完成第2层第n道的堆积，层间等待时间为1min；

步骤七：重复上述步骤，完成多层堆积成形，直到整个结构件符合尺寸。

2.根据权利要求1所述的可控磁场辅助的倾斜构件的电弧增材制造方法，其特征在于，设置向上的磁场，具体设置初始参数，步骤为：

(1)磁场发生装置夹持在焊枪两侧，装置离焊枪距离可调，在3cm～13cm之间，打开磁场装置；

(2)通过MATLAB软件对增材过程中的模拟情况，使得电磁力的大小F近似于焊接过程中熔池重力和热传导力的组合，即F≈G+P，P是温度和热传导系数的函数，即p＝f(T，λ，E)，式中，E为杨氏模量，P为热传导力，λ为热传导系数，而焊接过程中熔池的重力为密度ρ、送丝速度v₁和焊接时间t的组合，即G＝f(v₁，ρ，t)，得到定磁场装置初始参数并设置。

3.根据权利要求1所述的可控磁场辅助的倾斜构件的电弧增材制造方法，其特征在于，步骤四中，利用CCD的图像采集系统结合MATLAB软件对增材过程中的焊道位移偏差进行采集、处理及分析，具体步骤为：

(1)CCD照相机固定在焊枪上间距70cm处，通过计算机操作MATLAB软件，对磁光成像采集系统发出指令，在计算机上显示出第一层n道焊道的动态图像；

(2)设定第二层的水平位置绝对平面为参考位置，MATLAB软件的计算对获取的图像实时处理，当电弧参考点偏离参考位置，产生状态位移，得到电弧参考点偏移参考位置的位移值s然后通过计算机向磁场发生装置发送控制信号，磁场根据位移值增强磁力算法如下：

f＝ma，s＝1/2at²，f＝F-G，其中f为电磁力F与重力G的合力，a为加速度，s为偏移值，t为返回平衡位置所需时间。

4.根据权利要求1所述的可控磁场辅助的倾斜构件的电弧增材制造方法，其特征在于，送丝机构内置有焊丝扫码系统，通过扫描焊丝盘上的二维码，读取焊丝盘的具体信息，包括焊丝材料种类、材料密度ρ、焊丝电阻R和导热系数λ，数据处理模块会对焊丝的材料属性进行分析，当输入预设电流和电压时，数据处理模块通过内置算法转化成相应的数据信息传输至执行磁铁，执行磁铁接收信息从而产生对应强度和方向的磁场，其中算法如下：

(1)熔池表面形状控制方程：

式中，Pp为电弧压力，ρ为金属密度，范围在0.8～10g/cm3之间，γ为表面张力系数，g为重力加速度，Φ为熔池表面形状函数Φ(x,y)，Φi为Φ对下标i的一阶或二阶偏导数(i为x，y，xx，xy，yy)；λ_p为参考压力，具体是熔池压力的综合描述；

(2)磁场力公式F＝BIL，式中，F为测量点的磁场力，I为电流，L为焊道长度；

(3)当所述磁场力F≥参考压力λ_p，即符合要求磁场力的超出范围控制在5N以内。