[发明专利]一种基于电弧声波信号检测与评估电弧三维快速成形制造过程稳定性的方法

说明书

本发明公开一种基于电弧声波信号检测与评估电弧三维快速成形制造过程稳定性的方法。该方法借助实时检测电弧三维快速成形制造过程中电弧激发的声波信号波形，提取出声波信号中所有高于振幅阈值的峰值得到峰值散点分布图，并计算出峰值标准差，根据峰值散点分布图绘制得到电弧声波振动曲线，以峰值标准差和峰值散点分布图、电弧声波振动曲线评估电弧三维快速成形制造过程稳定性。利用本发明能够实现对电弧三维快速成形制造过程稳定性的检测与评估，同时也适合用于金属材料电弧堆焊、电弧熔敷与电弧近净成形等其它电弧增材制造过程稳定性的检测与评估。

技术领域

本发明涉及一种检测与评估电弧三维快速成形制造过程稳定性的方法，适用于检测与评估金属材料电弧三维快速成形制造过程稳定性应用场合，同时也适合用于金属材料电弧堆焊、电弧熔敷与电弧近净成形等其它电弧增材制造过程稳定性的检测与评估。

背景技术

直接制造金属零件以及金属部件，是制造业对金属材料三维快速成形制造技术提出的终极目标。早在20世纪90年代三维快速成形制造技术发展的初期，研究人员便已经尝试基于各种快速原型制造方法实现金属制件的制备。与立体光造型（Stereolithography,SLA）、叠层制造（Laminated object manufacturing, LOM）、熔融沉积成型（Fuseddeposition modeling, FDM）等快速原型制造技术相比，选择性激光烧结技术（Selectedlasersintering, SLS）由于其使用粉末材料的特点，为制备金属制件提供了一种最直接的可能。随着大功率激光器在快速成形技术中的逐步应用，SLS技术随之发展成为选区激光熔化成形技术（Selective laser melting, SLM）。该技术利用高能量的激光束照射预先铺覆好的金属粉末材料，将其直接熔化并固化成形获得金属制件。在SLM技术发展的同时，基于激光堆焊和激光熔覆技术，逐渐形成了金属成形制造技术研究的另一重要分枝——激光快速成形技术（Laser rapid forming, LRF）或激光立体成形技术（Laser solid forming,LSF）。该技术利用高能量激光束将与光束同轴喷射或侧向喷射的金属粉末直接熔化为液态，通过运动控制，将熔化后的液态金属按照预定的轨迹堆积凝固成形，获得从尺寸和形状上非常接近于最终零件的“近形”制件，并经过后续的小余量加工后以及必要的后处理获得最终的金属制件。

SLM技术和LRF技术作为金属快速成形制造技术的两个主要研究热点，引领着当前金属快速成形制造技术的发展。采用激光等高能束热源进行金属材料的快速成形制造，其设备复杂、价格昂贵，而且成形工艺复杂，成形零件微观组织的致密度不高。电弧快速成形制造技术就是在这种背景之下兴起的，使用焊接电弧作为热源，采用焊接设备及工艺方法制成由全焊缝金属组成的零件，因此又称为电弧快速成形制造技术。在电弧三维快速成形制造过程中，电弧能量作用于制造区而产生的电弧燃弧和熔滴过渡稳定性变化是影响制造质量的重要因素。因此，在电弧三维快速成形制造过程中采用专用仪器或方法检测与评估制造稳定性对于制造过程的控制和制造质量的评估具有非常重要的现实意义。在电弧三维快速成形制造过程中，电弧热源、熔滴与熔池形成的相互作用效应会以不同形式释放能量，以空气负载形式释放的声波即是其中的一种。

发明内容

本发明针对金属材料电弧三维快速成形制造过程稳定性，提供一种基于电弧声波信号的检测与评估方法，其利用电弧激发的可听声波能量作为信息源，实时检测电弧所产生的声波信号，提取信号的特征分布，实现对电弧三维快速成形制造过程稳定性的检测和评估。

本发明采取以下技术方案：

一种基于电弧声波信号检测与评估电弧三维快速成形制造过程稳定性的方法，所述方法利用实时检测电弧冲击产生的连续可听声波释放特征，实现对电弧三维快速成形制造过程稳定性的评估，所述方法的步骤如下：

（1）安装声波传感器于电弧侧上方；

（2）打开电弧发生器电源，开始对目标对象的三维快速成形制造；