[发明专利]一种主动控制电弧增材制造直壁温度的装置及方法

说明书

本发明公开了一种主动控制电弧增材制造直壁温度的装置及方法，该装置包括直壁侧铜质夹板、内置于铜质夹板的热电偶、开有CO2排气小孔的铜质干冰放置盒，与干冰放置盒连接控制放置盒运动的运动装置、伺服电机、保温外壳、可编程控制器、使装置固定于直壁上的夹紧装置、与热电偶相连的温度采集器及计算机。本发明的方法为使用热电偶实时测温，采用铜板作为热流交换介质，使用干冰作为冷却材料，在增材直壁过程中通过计算机实时比对温度对伺服电机进行控制，实现增材过程中的温度闭环控制。本发明用于电弧增材制造技术领域不仅可以提高直壁的成型效率，还能控制直壁增材过程中的温度范围、提高直壁的成型性能。

技术领域

本发明属于电弧增材制造技术领域，主要涉及一种主动控制电弧增材制造直壁温度的装置及方法。

背景技术

增材制造工艺是基于离散、堆积的思想，按照零件三维模型数据，通过熔化材料进行逐层堆积，制造实体零件的工艺。相比于传统减材制造技术，该工艺可以减少工序、缩短制造周期、节约原材料，是一种新的近净成形制造方法，对于复杂结成型件的制造具有显著的优势。

在电弧增材直壁的成形过程中，直壁前几道的热输入可以通过基板的散热作用快速分散，随着直壁高度的增加，已增材部分散热效率降低，直壁热累积加大，致使直壁在增材至一定高度后冷却时间明显加长，熔覆效率降低；随着累积热量的增加，熔池变大，熔池稳定性降低，影响直壁成型精度；且随着直壁热量的累加，其内部的温度分布更加不均匀，致使直壁产生内部应力及不均匀变形，且直壁内部的组织晶粒在累积热量下长大，这将导致晶粒粗大，影响组织性能。

目前对于电弧增材制造过程中温度控制的相关技术研究较少，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》(申请号：201810854401.1)公开了一种利用循环水在增材过程中不断冲刷侧壁来降低增材过程中道间热积累的装置及方法，该方法仅能用于部分在高温下不与水反应的材料，降温速率低，且对高碳钢等在高温下会与水反应的材料并不适用。专利一种电池片焊接温度控制装置(申请号：201610699893.2) 公开了一种使用红外测温探头测温、风扇工作在电池片上下面形成温度对流的方式控温的装置，该装置仅能形成一个较为均匀的温度场，而对焊接的温度累积控制能力较弱，在连续焊接时易造成热累积等问题。专利热处理装置和温度控制方法(申请号： 201810028997.X)公开了一种能够在短时间收敛于规定温度的热处理装置和温度控制方法，该装置及方法的缺点为鼓风机降温效率低下，只能通过长时间的降温来进行大范围的温度控制。

发明内容

基于以上的缺点，本发明的目的是解决直壁在电弧增材过程中因为散热减缓导致的热累积加剧问题，提供一种主动控制电弧增材制造直壁温度的装置及方法。

为实现上述目的，本发明提供的一种主动控制电弧增材制造过程中直壁温度的装置，包括：直壁侧铜质夹板、内置于铜质夹板中的热电偶、开有CO2排气小孔的铜质干冰放置盒，与干冰放置盒连接控制放置盒运动的运动装置、伺服电机、保温外壳、可编程控制器、使装置固定于直壁上的夹紧装置、与热电偶相连的温度采集器及计算机。

为实现上述目的，本发明提供的一种主动控制电弧增材制造直壁温度的方法，具体步骤如下：

S1，在完成一定高度直壁h堆敷后，将降温装置通过夹具夹持于直壁上，其中夹具垂直高度Hh；

S2，热电偶实时采集直壁侧铜质夹板中的温度t，并将采集到的温度信号传输至温度采集盒；

S3，温度采集盒对热电偶采集到的电信号进行滤波、标度转换并传输至计算机；

S4，计算机内部程序将采集温度t与预设温度T₁、T₂(T₁为开始冷却温度，T₂为停止冷却温度)进及行比较；