[发明专利]减轻堆积层热积累的智能水冷电弧增材制造装置及方法

摘要

本发明公开了一种减轻堆积层热积累的智能水冷电弧增材制造装置及方法，该装置包括堆积系统、传感系统、控制系统、水冷系统四个部分，在电弧增材制造过程中，通过水冷系统使冷却水不断流经堆积层侧面并带走大部分热量，快速降低堆积层温度；传感系统通过温度传感器与水位传感器实时采集水冷系统中的温度信息及水位信息；计算机控制系统通过传感系统采集到的信息自动控制水冷系统中的水位与温度，基于该装置的电弧增材制造方法，通过循环恒定温度冷却水的方式，有效解决了金属构件堆积过程引起的严重堆积层热积累难题，大幅提高了电弧增材制造方法的成形效率和成形质量，细化了金属构件组织晶粒。

主权项

1.一种减轻堆积层热积累的智能水冷电弧增材制造方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一：将基板打磨清理后置入水箱中，用水箱中的夹具固定紧，启动计算机控制系统与电弧增材制造电源，计算机控制系统中的控制程序完成初始化，此时，水箱中无水，实际水位H为0，通过数据采集卡向入水阀输出控制信号，打开入水阀，通过入水管往水箱中注入温度为T的冷却水，使实际水位H不断上升，直到到达初始化所设定的预设水位h0，h0的高度低于基板上表面的高度，与基板上表面的垂直距离为d，当H＝h0时，输出控制信号关闭入水阀，将焊枪移动至起弧点上方，并使焊枪位于基板上方并垂直于基板；步骤二：引燃电弧，焊枪沿预设路径运动，完成第一堆积层的成形，计算机控制系统通过当前堆积层高度h计算出一个新的预设水位h1，h1＝h0+h，h1的高度低于第一堆积层上表面，与第一堆积层上表面的垂直距离为d，同时水位传感器采集到当前的水位深度，并通过压电效应转化为电压模拟信号，并将该电压模拟信号传入数据采集卡中转换成电压数字信号，然后传入计算机控制系统中，计算出当前水箱中的实际水位H1；计算机控制系统将当前实际水位H1与预设水位h1相比较，当H1t0，输出控制信号同时打开入水阀与出水阀，入水阀向水箱中注水，入水阀注入的冷却水温度恒定为T；当t‑T≤t0，输出控制信号关断入水阀与出水阀；其中t0为预先设定值；步骤四：将焊枪抬高h，重复步骤二、三，完成剩余堆积层的成形；步骤五：堆积件堆积完成后，计算机控制系统向出水阀输出控制信号，打开出水阀阀门，排出水箱中的冷却水，待冷却水完全排空后，关闭出水阀。