[发明专利]一种钛合金电弧变形复合增材制造运动补偿方法

说明书

本发明提供了一种钛合金电弧变形复合增材制造运动补偿方法，涉及增材制造技术领域，旨在解决复合增材制造连续运行安全隐患大与组织均匀一致性不足的问题，采用的技术方案是，设计电弧弧压与变形压力分段式PLC控制系统，在成形过程中依据弧压变化进行已成形部分高度信息采集，同步反馈给随行变形机构进行运动位置调整，辅助压力传感器提前判定运动速度与运动方向补偿控制，直至构件连续稳定完成电弧变形复合增材制造；本发明提出的方法无需额外增加视觉检测装置，减少机构冗余，降低成本，具有进一步均匀细化组织、效率高、方便实现的特点，可以应用推广在电弧送粉、激光送粉/送丝、电子束送粉/送丝等变形复合增材制造工艺。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，具体为一种钛合金电弧变形复合增材制造运动补偿方法。

背景技术

钛合金具有比强度大、耐腐蚀性好、生物相容性好等特性，被广泛应用于航空航天、海洋工程、生物医学等领域，在尖端科学与高技术方面发挥着重要作用。

电弧增材制造技术是近年来发展迅速的增材制造技术，该技术以熔化极气体保护焊(MIG)、钨极气体保护焊(TIG)及等离子弧焊(PAW)为载体，逐层累加熔化丝材实现金属零件制造，相对于传统的铸锻分离流程长、分段拼接可靠性不足与加工材料去除率高等缺点，具有材料利用率高、一体成形流程短、制造成本低、综合性能优异等优势。

然而，因导热系数低，制造过程特殊的时空非均匀急冷急热循环，温度梯度大，单一电弧增材制造钛合金微观组织呈现粗大铸态柱状晶形态，力学性能存在各向异性，疲劳性能远远低于锻件水平，从而制约了钛合金电弧增材制造技术在大型复杂主承力构件上的工程应用。常用电弧增材制造等轴晶转化调节方法包括：形核剂添加、送丝速度提升、超声振动、电磁搅拌、后热处理等，但因技术本身原理问题而导致应用受到一定局限，值得注意的是，增材过程同步施加外力形变(如超声冲击、滚压轧制、机械锤击、点式锻压等)覆盖传统铸造与锻造优势，可大面积实现柱状晶向等轴晶转化。

传统电弧增材制造均采用既定切片轨迹直接上抬固定高度的方式进行下层打印，该方式针对工艺与散热稳定的封闭单道多层特征具有较好适应性，但对于非封闭特征，起弧位置基体散热较快导致头部凸起，收弧位置熄弧电弧冲击导致尾部塌陷，即使奇偶层首尾互换补偿，起弧收弧位置仍然会相较中间均匀位置存在一定高度差。受变形机构形态影响，初始压下位置靠前则会导致变形机构撞击构件边缘，停机反馈不及时或变形机构下降偏离距离过大，将造成变形机构损坏或报废；初始压下位置靠后，则影响构件变形均匀性。此外，构件表面起伏导致的变形压力突变运动反馈调节滞后影响，将造成复合增材制造连续运行安全隐患极大，组织均匀一致性不足。

发明内容

鉴于现有技术中所存在的问题，本发明公开了一种钛合金电弧变形复合增材制造运动补偿方法，采用的技术方案是，基于电弧弧压与变形压力分段式PLC控制系统，在成形过程中依据弧压变化进行已成形部分高度信息采集，同步反馈给随行变形机构进行运动位置调整，辅助压力传感器提前判定运动速度与运动方向补偿控制，直至构件连续稳定完成电弧变形复合增材制造，具体包括如下步骤：

步骤1，将电弧增材制造装置与变形机构耦合在运动平台上，所述电弧增材制造装置设在所述变形机构前方，二者复合方式进行同步独立分段式PLC运动控制；

步骤2，基于热力耦合数值仿真与试验设计验证获取所需电弧变形复合增材制造工艺参数，并依据构件精确模型特征与壁厚变形趋势合理规划复合制造轨迹；

步骤3，依据所述步骤2中所得所述工艺参数，设置弧长跟踪与压力传感分段式PLC运动控制系统，并调整焊枪与所述变形机构相对间距，同步设置所述变形机构安全高度位置；

步骤4，将基板与工装按轨迹规划策略固定在气氛保护箱内工作台上，并进行焊枪初始坐标与所述变形机构初始下降速度标定，充入高纯氩气清洗净化，至氧浓度下降至要求范围；