[发明专利]一种磁控等离子弧增材制造电弧与丝材末端位置匹配方法

说明书

本发明涉及增材制造领域，尤其是涉及磁控等离子弧增材制造领域。本发明公开了一种磁控等离子弧增材制造电弧与丝材末端位置匹配方法，等离子电弧在增材制造过程中沿焊枪轴中心进行偏摆的同时，送丝装置沿等离子电弧偏摆方向进行对向送丝；根据增材轨迹形状调整等离子电弧摆动的频率、方向和摆动幅度，同时控制对向送丝的丝材末端位置和送丝速度调节熔宽，在增材过程中等离子电弧摆动的频率、方向和幅度与丝材末端位置和送丝速度实时匹配达到增材控形控性的目的。控弧与控丝结合使等离子电弧与丝材末端位置实时匹配，实现单个切片层平面任意形状的成形，提高了等离子弧增材制造工艺的成形精度；同时对向送丝相比单丝送丝增加了熔宽调节范围和增材效率。

技术领域

本发明具体涉及一种磁控等离子弧增材制造过程中等离子电弧与丝材末端位置匹配实现增材控形控性的方法，该方法属于等离子弧增材制造领域。

背景技术

丝材电弧增材制造技术适用于大尺寸且形状较复杂构件的低成本、高效快速成形，是与目前发展较为成熟的激光增材制造方法优势互补的3D增材成形技术。与熔化极电弧增材制造不同的是，等离子弧增材制造技术具有电弧能量密度高、成形精度高和制造周期短等优势。由于等离子电弧弧柱稳定，利用磁场控制等离子电弧受控性较好，可以实现等离子电弧的任意方向摆动，因此等离子弧增材制造技术尤其适用与高精密大尺寸构件的增材制造。

在增材制造过程中，对增材构件的控形控形是控制成形精度的关键。经过现有文献技术检索发现，申请号为CN201810092351.8名为“一种直流控制磁单极旋转进行分段控弧的方法”的中国专利采用直流电控制磁场的单极绕着焊枪轴分段旋转的技术方案实现等离子电弧的圆周摆动，提供了一种磁场控制等离子电弧的新思路；申请号为CN201921489016.8名为“旁轴送丝装置和增材制造系统”的中国专利采用旁轴送丝装置绕焊枪轴线作周向运动的技术方案实现了实时调整送丝方向和焊丝与焊枪之间的夹角，该专利采用的技术方案送丝自动化程度较高，有助于改善增材制造的成形质量，但没有提出具体的控丝方法；占彬等在 2019年6月第40卷第六期的《焊接学报》上刊登的“碳钢双丝与单丝等离子弧增材制造成形及组织特征分析”一文中提出了一种“双填丝+压缩等离子弧”增材制造工艺，证明了双丝等离子弧增材制造工艺在效率和质量同步提升方面有独特的优势。虽然先前的技术能够完成控弧、控丝及双填丝提升增材效率和质量的效果，但没有解决增材过程中控弧与控丝匹配实现任意方向增材控形控性的问题。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种等离子弧增材制造过程中控制等离子电弧与丝材末端位置实时匹配实现增材控形控性的方法，设计了一种自动化程度高、结构简单的磁控等离子电弧摆动装置和送丝装置，在利用磁场控制等离子电弧偏摆的同时始终沿等离子电弧偏摆方向进行对向送丝，提出一种根据工件形状控制等离子电弧摆动的频率、方向和幅度与丝材末端位置和送丝速度实时匹配的控制方法，提高了等离子弧增材制造工艺的成形精度和增材效率。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

该匹配方法主要由磁控摆动等离子电弧装置、送丝装置、等离子电弧摆动控制系统与丝材末端位置控制系统实现，等离子电弧在增材制造过程中沿焊枪轴中心进行偏摆的同时，送丝装置沿等离子电弧偏摆方向进行对向送丝；根据增材轨迹形状调整等离子电弧摆动的频率、方向和摆动幅度，同时控制对向送丝的丝材末端位置和送丝速度调节熔宽，在增材过程中等离子电弧摆动的频率、方向和幅度与丝材末端位置和送丝速度实时匹配达到增材控形控性的目的。