[发明专利]双钨极氩弧增材制造的熔敷层表面平整度优化方法

说明书

本发明涉及电弧增材制造技术领域，尤其涉及一种双钨极氩弧增材制造的熔敷层表面平整度优化方法，通过增大流经搭接侧钨极的电流，保持流经另一侧钨极的电流不变，从而增大双钨极耦合电弧在搭接侧的加热范围，导致重熔区域向前一道顶点方向扩展，使位于熔敷路径中心线的搭接侧的熔池宽度达到搭接间距d，进而促进熔池熔融金属更多地向熔敷道搭接区域铺展填充，因此，该方法在保证熔敷层内各个熔敷道高度一致的前提下，大幅缩小了熔敷层表面的沟壑深度，实现了熔敷层表面平整度的优化。

技术领域

本发明涉及电弧增材制造技术领域，尤其涉及一种双钨极氩弧增材制造的熔敷层表面平整度优化方法。

背景技术

电弧增材制造技术是近年来发展最为迅速的增材制造技术之一。在多层多道结构的电弧增材制造过程中，熔敷道的搭接行为对熔敷层的表面平整度影响显著，研究表明：对于常用的电弧增材制造方法，搭接间距过小则表面倾斜，搭接间距过大则表面出现沟壑。而在多层堆积时，前一层的不平整表面会对当前层熔敷各个位置时的电弧弧长产生影响，这种影响将产生正反馈效应，导致误差累积，使得熔敷层的表面平整度逐渐恶化，不仅熔敷过程的稳定性无法保障，而且极大影响成形件的质量与性能。因此，优化增材制造的熔敷层表面平整度对改善增材制造成形件的成形和性能至关重要。

为此，学者们提出了通过改变工艺参数（焊接速度、送丝速度、焊接电流、焊接电压）和搭接间距优化熔敷层表面平整度的方法，然而，电弧增材制造的熔敷过程具有非平衡凝固特性，导致搭接熔敷道的熔池熔融金属没有充足的时间在前一道上铺展，故采用常用的电弧增材制造方法无法得到平整的熔敷层表面，只能在各个熔敷道高度一致、避免熔敷层表面倾斜的前提下，缩小熔敷层表面的沟壑深度。上述方法在单层堆积时效果较好，但在多层堆积过程中平整度误差逐渐累积，成形问题越来越严重，无法达到精度要求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种双钨极氩弧增材制造的熔敷层表面平整度优化方法，以解决熔敷层表面不平整带来的成形问题。

基于上述目的，本发明提供了一种双钨极氩弧增材制造的熔敷层表面平整度优化方法，采用的装置包括双钨极氩弧增材制造焊枪、第一偏钨极和第二偏钨极，其中第一偏钨极和所述第二偏钨极分别位于熔敷路径前进方向的两侧，其尖端靠近并呈镜像对称设置，且增材制造过程中，所述第一偏钨极和所述第二偏钨极始终垂直于基板；

本优化方法包括：

以熔敷层中央的第一熔敷道为基准，从第一熔敷道向两边进行堆积，在搭接过程中通过增加流经搭接侧钨极的电流，保持流经非搭接侧钨极的电流不变。

优选地，本优化方法还包括：在0.667w~0.738w范围内选择适当的搭接间距d，在确保位于熔敷路径中心线的搭接侧的熔池宽度达到d的同时，使位于熔敷路径中心线的非搭接侧的熔池宽度保持为0.5w，其中w为第一熔敷道的宽度。

优选地，本优化方法进一步包括：

S1、待熔敷道表面冷却到道间温度，将双钨极氩弧增材制造焊枪向右移动，移动距离为搭接间距d，保持流经第二偏钨极的电流I₂不变，增大流经第一偏钨极的电流I₁，使重熔区域向左侧扩展，位于熔敷路径中心线的搭接侧的熔池宽度应达到搭接间距d，开始搭接熔敷道的堆积过程；

S2、反复执行步骤S1，直到完成第一熔敷道右侧部分的熔敷加工；

S3、镜像操作，待熔敷道表面冷却到道间温度，将双钨极氩弧增材制造焊枪移动到第一熔敷道起始点左方距离为d处，保持I₁不变，增大I₂，使重熔区域向右侧扩展，位于熔敷路径中心线的搭接侧的熔池宽度应达到搭接间距d，开始搭接熔敷道的堆积过程；

S4、待熔敷道表面冷却到道间温度，将双钨极氩弧增材制造焊枪向左移动，移动距离为搭接间距d，继续堆积左侧的搭接熔敷道；