[发明专利]一种控制增材制造电弧弧长和成形件端面平整度的方法

权利要求书

1.一种控制增材制造电弧弧长和成形件端面平整度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

搭建TIG电弧增材制造平台，TIG电弧增材制造平台包括焊机、送丝机和机床；

建立理论送丝速度F和增材制造速度TS的关系函数；

焊接时保持标准弧长不变，在TIG电弧增材制造平台上进行单道单层焊接，通过焊机的显示系统实时记录焊接电流和电压，将记录的焊接电流和电压拟合处理得到焊接电流和电压的线性回归方程，定义标准弧长下线性回归方程中的电压为标准电压；

将焊接电流和标准电压的线性回归方程输入TIG电弧增材制造数控系统中；

在增材制造过程中，TIG电弧增材制造数控系统根据实时的焊接电流利用线性回归方程计算标准电压，将标准电压与实际电压作差值求出电压差值ΔU，将电压差值ΔU和补偿送丝速度ΔF的关系输入TIG电弧增材制造数控系统中；TIG电弧增材制造数控系统根据电压差值ΔU输出对应的补偿送丝速度ΔF信号到送丝机中；

TIG电弧增材制造数控系统利用理论送丝速度F和增材制造速度TS的关系函数计算不同增材制造速度TS对应的理论送丝速度F，并将理论送丝速度F的数值信号输入到送丝机中，送丝机输出的实际送丝速度为F+ΔF，完成了对实际送丝速度的调节；

将电压差值ΔU按照区间划分，每个区间输出一个对应的补偿送丝速度ΔF；通过多次实验验证了相同焊接电流下弧长与电压成正比，在相同电流下实际弧长与标准弧长每变化0.5mm，实际电压与标准电压的电压差值ΔU为0.4V；设定每沉积一层焊枪自动上升的高度H为0.5mm，且实际弧长与标准弧长相差0.5mm时ΔU为0.4V，所以对应的额外送丝速度ΔF=F，为了减小误差采用少量多次的补偿方法，所以实际弧长与标准弧长差0.5mm时采用补偿送丝速度ΔF=0.75F，确定电压差值ΔU和补偿送丝速度ΔF的关系如下：

将电压差值ΔU和补偿送丝速度ΔF的关系输入到TIG电弧增材制造数控系统中。

2.根据权利要求1所述的一种控制增材制造电弧弧长和成形件端面平整度的方法，其特征在于，沉积一层的体积计算公式为：V=F×t×πr²，沉积一层的体积也可用公式V=TS×W×H×t来表达，其中，F为理论送丝速度；t为沉积一层所用时间，r为焊丝半径，TS为增材制造速度，W为成形件壁厚，H为每沉积一层焊枪自动上升高度，焊丝半径r、成形件壁厚W和每沉积一层焊枪自动上升的高度H为已知数值，

两个公式经过变换得到： 。

3.根据权利要求1所述的一种控制增材制造电弧弧长和成形件端面平整度的方法，其特征在于，在焊枪的钨针距离基板4mm的情况下进行单道单层焊接，将标准电弧的长度定为4mm，实时记录焊接电流和电压，将焊接电流和电压的记录数据经拟合处理即可得到焊接电流和标准电压的线性回归方程：U_标=0.026I+10.755，式中U_标为标准弧长对应的标准电压，I为焊接电流，利用该线性回归方程可算得不同电流对应的标准电压，将该线性回归方程输入到TIG电弧增材制造数控系统中，TIG电弧增材制造数控系统即机床的操控系统。

4.根据权利要求2所述的一种控制增材制造电弧弧长和成形件端面平整度的方法，其特征在于，焊丝半径r为0.4mm，成形件壁厚W为6mm，每沉积一层焊枪自动上升的高度H为固定值0.5mm，得到理论送丝速度F与增材制造速度TS关系函数为：F=5.97TS。

5.根据权利要求1所述的一种控制增材制造电弧弧长和成形件端面平整度的方法，其特征在于，搭建TIG电弧增材制造平台，TIG电弧增材制造平台包括米勒Dynasty350-TIG焊机、WF-007A自动送丝机和配备台达CNC300数控系统的三轴数控机床；焊枪固定在数控机床Z轴末端，送丝机通过送丝导嘴输送焊丝。