[发明专利]交叉类金属零件辅助填丝GMAW电弧增材制造系统及方法

说明书

本发明提出一种交叉类金属零件辅助填丝GMAW电弧增材制造系统及方法，包括：工控机、GMAW电弧增材位置视觉检测及反馈系统、熔化极焊枪、辅助填丝装置、基板以及复合送丝装置；工控机用于生成增材制造零件路径代码信息，依据增材制造零件时设定的工艺参数，控制复合送丝装置送丝以及熔化极焊枪在基板的表面依据工控机发出的路径指令堆积成形每一层，逐层堆积形成目标零件，并反馈信号对熔化极焊枪及辅丝电流电压进行调整，并调节复合送丝装置送丝速度的大小，以改变在交叉点位置的熔覆量，对成形过程进行闭环控制；使交叉点在成型过程中保持平整；电弧增材位置视觉检测及反馈系统将采集的GMAW电弧增材位置信息转换为反馈控制信号，传送到工控机。

技术领域

本发明属于电弧增材制造技术领域，尤其涉及一种交叉类金属零件辅助填丝GMAW电弧增材制造系统及方法。

背景技术

为了满足航空航天、汽车行业等的苛刻要求，当前增材制造技术的研究主要集中在形状复杂的功能性金属材料（包括金属、合金和金属基复合材料）的增材制造技术。而为了解决金属增材制造中生产效率低、能量利用率低和成本高等问题，电弧增材制造金属零件成为新的研究趋势。电弧增材制造技术以电弧为载能束，采用逐层堆焊的方式制造金属实体构件，根据离散、堆积制造的思想，利用逐层熔覆原理，采用熔化极气体保护焊产生的电弧作为热源，电弧将焊丝熔化，按照三维模型，由线-面-体的路径逐层堆积出金属件。

航空航天领域对产品重量有严格要求，为保证强度往往采用各种形式的加强筋结构，其中交叉件加强筋结构最为常见，大量一定交叉角度的交叉结构按规则排列组合而成，区别在于基本单元的交叉角度不同。利用电弧熔丝增材制造技术成形网格加强筋结构的技术难点是在交叉处易出现凸起、缩颈、塌陷等多种缺陷。缺陷形成原因如下：在利用电弧熔丝增材制造技术进行交叉结构成形时，往往采用直接交叉策略成形，即先沿水平方向成形一道成形层，再沿垂直方向叠加一道成形层。在交叉点前方和交叉点后方的热输入量不足，导致成形层出现宽度减小，同时高度降低的现象；以及在凸起处热输入量加大，导致成形层出现宽度增加，高度增加的现象。此现象一旦形成，后续的成形过程会加剧这种现象，而导致上述缺陷的产生。

这些缺陷的存在将影响成形后交叉件的机械加工。由于电弧熔丝增材制造技术是近净成形技术，需要后期机械加工。加工余量的控制很重要，预留的加工余量越大，越有利于加工到预期的产品尺寸，但是会降低成形效率，浪费原材料，增加成本；若预留的加工余量不足，达不到预期尺寸。理想的预留加工余量是在保证加工尺寸的同时，尽可能少。此外采用搭接的方式来连接交叉件会使交叉件力学性能变差容易发生开裂，交叉处缺陷的控制是电弧熔丝增材制造技术能否应用于加强筋结构的关键。

发明内容

为了克服现有技术的不足和改善电弧增材制造交叉件时可能使结构件性能变差的缺点，本发明提供了一种交叉结构的提供一种熔化极电弧与热填丝复合单电弧双丝增材制造的系统及方法，通过采用在线监测熔覆位置，对熔化极主路和辅助送丝量和热输入进行精确控制，改善了交叉段的成形表面质量，同时保证了交叉段的连接性能，最终完成网格交叉结构的快速优质研制生产，从而完成本发明的设计目的。

本发明具体采用以下技术方案：

一种交叉类金属零件辅助填丝GMAW电弧增材制造系统，其特征在于，包括：工控机、GMAW电弧增材位置视觉检测及反馈系统、熔化极焊枪、辅助填丝装置、基板以及复合送丝装置；

所述工控机用于生成增材制造零件路径代码信息，依据增材制造零件时设定的工艺参数，控制复合送丝装置送丝以及熔化极焊枪在基板的表面依据工控机发出的路径指令堆积成形每一层，逐层堆积形成目标零件，并根据GMAW电弧增材位置视觉检测及反馈系统反馈的信号对熔化极焊枪及辅丝电流电压进行调整，并调节复合送丝装置送丝速度的大小，以改变在交叉点位置的熔覆量，对成形过程进行闭环控制；使交叉点在成型过程中保持平整；

所述 GMAW电弧增材位置视觉检测及反馈系统将采集的GMAW电弧增材位置信息转换为反馈控制信号，传送到工控机。