[发明专利]一种实时调控温度-应力-变形的点阵式水冷电弧增材平台

说明书

本发明提出一种实时调控温度‑应力‑变形的点阵式水冷电弧增材平台，平台主体包括可拆卸式增材基板、点阵式水冷垫板、高抗变形柔性工作台，设有对应的水冷循环泵、流量阀门和冷却水管，以及配合水冷系统的弹簧贴片式温度传感器、接触式测距传感器、应变片、数据采集盒和计算机。计算机通过传感器和数据采集盒实施监控可拆卸式增材基板各工作区域的温度、应力、变形状态，并通过独立控制与各区域对应的水冷循环泵和流量阀门，分别调节对应冷却水管的水流量，通过对应冷却水道内的水流将可拆卸式增材基板各区域中的热量带走，实现可拆卸式增材基板的实时点阵式水冷操作，通过散热冷却减小变形，配合高抗变形柔性平台的机械拘束实现抗变形。

技术领域

本发明属于电弧增材专用平台领域，具体涉及一种能实时精准调控温度、应力、变形的点阵式水冷电弧增材平台。

背景技术

电弧熔丝增材制造属于金属增材制造技术的一种，其原理是使用电弧作为热源来熔化丝材，根据设定好的路径在基板上逐层堆焊成形。具有的优点是：(1)成型效率高；(2)对材料利用率较高；(3)对零件尺寸的限制相对较少；(4)成形件由全焊缝金属构成，力学性能优异，致密性较高。该技术未来将会成为引领装备制造业的主要发展方向。但是，增材制造是以高温液态金属熔滴过渡的方法通过逐层累积的方式成形的，在增材较大的构件时，成形过程中随着堆焊层数的增加，成形件热积累严重、散热条件变差，导致边缘形貌与成形的控制更加困难。因此，普遍存在焊件变形控制和组织调控的难题，特别是在增材大型构件的变形控制上，现有的刚性固定或传统水冷难以控制焊件的应变，甚至会导致工作台的损坏。

现有焊接技术并不能完全适应电弧增材所需。中国专利申请CN201721679806.3公开了一种用于焊接水冷却装置，中国专利申请CN201921874762.9公开了一种具有冷却功能的焊接辅助装置，以上两种平台仅以冷却构件温度为目的，只提供了两种构件冷却方法，而电弧增材热累积更复杂，与相关材料、增材结构、增材路径都有关系，其对温度、应力、变形要求程度更高，所以设计一种能实时精准调控温度、应力、变形的电弧增材专用平台，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提出一种能实时精准调控温度、应力、变形的点阵式水冷电弧增材平台，以解决如何通过水冷对温度和应力进行调控，以控制构件变形的技术问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提出一种实时精准调控温度-应力-变形的点阵式水冷电弧增材平台，该点阵式水冷电弧增材平台包括平台本体、水冷系统和传感系统；其中，

平台主体为三叠层结构，包括可拆卸式增材基板、点阵式水冷垫板和高抗变形柔性工作台；水冷系统包括水冷循环泵、流量阀门和冷却水管；传感系统包括弹簧贴片式温度传感器、接触式测距传感器、应变片、数据采集盒和计算机；

点阵式水冷垫板的上表面设有与可拆卸式增材基板各工作区域对应的多个弹簧贴片式温度传感器和接触式测距传感器，并通过盖板进行保护；弹簧贴片式温度传感器和接触式测距传感器与数据采集盒相连，数据采集盒与计算机相连；

高抗变形柔性工作台固定在承载底架上，点阵式水冷垫板设置在高抗变形柔性工作台顶部，可拆卸式增材基板位于点阵式水冷垫板上方；可拆卸式增材基板通过基板固定螺栓与高抗变形柔性工作台的底部螺栓穿孔相连，点阵式水冷垫板设置有仅供基板固定螺栓通过的穿孔，点阵式水冷垫板对可拆卸式增材基板不起刚性固定作用；

高抗变形柔性工作台下表面固定有与可拆卸式增材基板各工作区域对应的多个应变片，应变片与数据采集盒相连，数据采集盒与计算机相连；