[发明专利]一种电磁辅助电弧增材制造成形装置及方法

说明书

本发明属于金属增材制造领域，并具体公开了一种电磁辅助电弧增材制造成形装置及方法，其包括基板、电弧焊枪、电磁线圈、线激光扫描仪和磁场测量仪，所述电弧焊枪和电磁线圈位于所述基板上方，所述电弧焊枪用于在基板上焊接成形待成形零件，所述电磁线圈用于在待成形零件的焊道熔池处施加磁场；所述线激光扫描仪位于所述待成形零件上方，用于对焊道表面形貌进行检测；所述磁场测量仪位于所述电磁线圈和待成形零件之间，并与所述电磁线圈相连，用于测量和控制所述电磁线圈施加在焊道熔池处的磁场强度。本发明在电弧增材制造时，通过电磁感应力对焊道熔池进行支撑，防止焊道流淌，减小焊接接头的残余应力，提高成形零件的力学性能。

技术领域

本发明属于金属增材制造领域，更具体地，涉及一种电磁辅助电弧增材制造成形装置及方法。

背景技术

电弧增材制造技术是一种利用逐层熔覆原理，采用熔化极惰性气体保护焊接(MIG)、钨极惰性气体保护焊接(TIG)以及等离子体焊接电源(PA)等焊机产生的电弧为热源，通过丝材的添加，在程序的控制下，根据三维数字模型由线-面-体逐渐成形出金属零件的先进数字化制造技术。

近几年来，电弧增材制造技术己在航空、航天、汽车、机械制造、船舶铝合金及化学工业中大量应用。电弧增材制造具有沉积效率高，丝材利用率高，整体制造周期短、成本低，对零件尺寸限制少，易于修复零件等优点。但是在焊接过程中焊接热输入较大，导致焊接变形较大，焊接速度慢，焊接效率低等问题。此外，在焊接过程中高温条件下氢气体溶于熔池金属，在凝固和相变时气体的溶解度下降时来不及逸出，导致焊缝中存在大量气孔。

另外，材料的堆积是以高温液态金属熔滴过渡的方式进行的。成形过程中随着熔敷层层数的增加，堆积零件热积累严重、散热条件差、熔池过热难于凝固、熔敷层形状难于控制，特别在零件边缘堆积时，由于液态熔池的存在，使得零件的边缘形态与成形精度的控制变得更加困难。这些问题都直接影响零件的冶金结合强度、熔敷层尺寸精度和表面质量。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种电磁辅助电弧增材制造成形装置及方法，其目的在于，在电弧增材制造时，通过电磁感应力对焊道熔池进行支撑，防止焊道流淌，从而减小焊接接头的残余应力，提高零件力学性能，实现高效、高质的电弧增材制造。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种电磁辅助电弧增材制造成形装置，包括基板、电弧焊枪、电磁线圈、线激光扫描仪和磁场测量仪，其中，所述电弧焊枪和电磁线圈位于所述基板上方，所述电弧焊枪用于在基板上焊接成形待成形零件，所述电磁线圈用于在待成形零件的焊道熔池处施加磁场；所述线激光扫描仪位于所述待成形零件上方，用于对焊道表面形貌进行检测；所述磁场测量仪位于所述电磁线圈和待成形零件之间，并与所述电磁线圈相连，用于测量和控制所述电磁线圈施加在焊道熔池处的磁场强度。

作为进一步优选的，所述电弧焊枪的放电极与所述基板垂直。

作为进一步优选的，所述电磁线圈包括漆包扁铜线、支撑骨架和环氧板，所述漆包扁铜线缠绕在所述支撑骨架上，支撑骨架两端用所述环氧板封堵，且支撑骨架内放置有铁芯。

作为进一步优选的，所述电磁线圈外包裹有冷却水管。

作为进一步优选的，该装置还包括轧辊，其位于所述基板上方，用于在焊接成形后对焊道进行轧制。

按照本发明的另一方面，提出了一种电磁辅助电弧增材制造成形方法，其采用上述装置实现，包括如下步骤：

S1电弧焊枪按预设路径在基板上焊接成形待成形零件，电磁线圈跟随焊枪移动，并按预设磁场强度在待成形零件的焊道熔池处施加磁场，从而产生电磁感应力支撑焊道熔池；

S2线激光扫描仪对焊道表面形貌进行实时检测，若焊道表面形貌与预设标准形貌一致，则重复S1，若焊道表面形貌与预设标准形貌不一致，则通过磁场测量仪调整电磁线圈的磁场强度，并按调整后的磁场强度重复S1；