[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

说明书

本发明提供一种可控磁场辅助的倾斜构件的增材制造方法。该方法为：堆积多道多层倾斜结构件时，枪头与基板面保持垂直，当堆积到每一层的最后一道时焊枪沿垂直方向向外偏移；增材过程中施加高频磁场，利用磁场感应热来减小堆敷区域的温度梯度，减小成型件的残余应力和变形；同时，外加磁场可以产生向上的磁场力，抵消由重力和热应力等多种因素造成边缘塌陷的影响力，抑制熔池的流淌，继而成型稳定美观的倾斜结构件；本发明的方法克服了现有倾斜结构件增材成形存在的堆积件成型不稳定和边缘塌陷问题，提高了表面的平整度和连续性，减少了增材成型后处理时间，且在不需要长时间冷却的情况下连续增材，该发明实现了倾斜结构件的高质量和高效率成型。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，具体涉及一种可控磁场辅助的倾斜构件的电弧增材制造方法。

背景技术

电弧增材制造技术是一种主要采用熔化极气体保护焊或者钨极惰性气体保护焊为熔积热源的金属增材制造技术。其熔积效率是激光和电子束增材制造技术的5～10倍，能量利用率可达到后者几倍到几十倍。因此，电弧增材制造技术在高强度、大中型金属零件低成本、高效快速制造方面具有独特的优势。

电弧增材制造技术由于电弧熔积本身的精度限制导致其成型零件具有较低的表面质量，其高的热输入量和温度梯度导致成型零件具有较大的残余应力和变形以及较差的组织形态等，影响结构件的成型及性能。

由于金属电弧增材是以液态熔滴过渡的方式进行，温度梯度不均匀且堆敷热量逐层累积，增材倾斜结构件时，其倾斜部分材料融化所形成的金属液体在重力和热应力等的影响下，极易造成塌陷，从而造成倾斜构件表面质量和成型精度变差，而且影响下一层增材的进行。因此，需要开发一种倾斜结构件增材成型的使用方法。

专利申请号为201610408053.6的发明公开了一种倾斜薄壁结构件电弧填丝增材制造方法。在堆积多层单道倾斜薄壁件时，第一层由两条堆积焊道搭接而成，在堆积第二层及后续层时，焊枪沿垂直于高度方向偏移一定距离，进而成形倾斜结构；克服了现有倾斜结构件成形存在的设备成本高、系统复杂、堆积件成型精度低等问题，可以在不需要变位机翻转基板的方式下完成倾斜结构件的成型。但这只适用于倾斜薄壁件的增材，对于多层多道结构件，在成型的过程中由于温度高和温度梯度大，极易造成熔池的塌陷。

专利申请号为201711313196.x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围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。发明有利于控制增材过程中电弧的形态以及运动状态，大幅减少增材制造件中的气孔等缺主陷，提高电弧机器人增材成形件成形形貌的连续性和一致性。但该方法只针对于增材表面成形，而对于倾斜构件的整体成形，依然存在塌陷、质量差等问题。

专利申请号为201710177506.3公开了一种电磁感应加热主动控制电弧增材制造层间温度的方法。该方法为：在增材制造过程中，红外线测温仪用于测量每一层堆积结束后表面温度的变化，并将测量值实时传输给计算机。根据预先设定的层间温度，计算机通过主控系统控制电磁感应加热线圈及冷却装置对零件的部分先成形件施加感应加热或强制冷却作用以实现主动控制层间温度的目击的。该发明为主动控制电弧增材制造层问温度提供了一种有效方法，但是不能做到增材过程中对温度的实时控制，而其过程中便会产生高温从而影响成型质量。

专利申请号为201610536290.0公开了一种电弧增材制造成形质量的主动控制方法。其建立了电弧增材制造成形熔池稳定性的热力学判据以及成形质量表征量与成形工艺参数的解析模型。基于这个判据和解析模型，获得了电弧增材制造优化的层问温度分布特征，在计算机的辅助下，通过主动控制层间温度实现电弧增材制造成形质量的主动控制。该发明难以做到对增材过程进行实时温度控制。