本发明专利技术涉及电弧熔丝增材技术领域，更具体地，涉及一种电弧增材制造装置及控制方法，包括用于将若干沉积层生成待加工工件的电弧增材焊接设备以及用于通过调节保护气体的混合比例实时调节电弧增材焊接设备的热输出量的保护气体装置，所述保护气体装置与电弧增材焊接设备连接。本发明专利技术通过实时调节电弧增材焊接设备的热输出量的保护气体装置的设置，可在不改变任何焊接工艺的情况下，仅通过对调节保护气体的混合比例就实现了电弧增材焊接设备的热输出量调节，避免了为了减少热输出量或待加工工件的沉积层热输入量而改变工艺，避免了由于改变工艺导致待加工工件的外形和壁厚的变化，降低废品率，且提高生产效率，大大降低了生产成本。
【技术实现步骤摘要】
一种电弧增材制造装置及控制方法
本专利技术涉及电弧熔丝增材
，更具体地，涉及一种电弧增材制造装置及控制方法。
技术介绍
增材制造(AdditiveManufacturing,AM)技术是基于离散-堆积原理，由零件三维数据驱动，采用材料逐层累加的方法制造实体零件的快速成形技术。该成形方法最大优势是无需传统的刀具即可成形、降低工序、缩短产品制造周期，尤其适于低成本小批量产品制造，而且越是结构复杂、原材料附加值高的产品，其快速高效成形的优势越显著，在航空航天、生物医学、能源化工、微纳制造等领域具有广阔应用前景。由于简化或省略了传统制造中的工艺准备、模具设计等环节，产品数字化设计、制造、分析高度一体化，能够显著缩短研发周期和研发成本。金属增材制造技术按热源类型可分为3类：激光、电子束和电弧。其中电弧增材制造技术(WireandArcAdditiveManufacture,WAAM)以电弧为载能束，采用逐层堆焊的方式制造金属实体构件，该技术主要基于TIG、MIG、SAW等焊接技术发展而来，成形零件由全焊缝构成，化学成分均匀、致密度高，开放的成形环境对成形件尺寸无限制，成形速率可达几kg/h，但电弧增材制造的零件表面波动较大，成形件表面质量较低，一般需要二次表面机加工，相比激光、电子束增材制造，电弧增材制造技术的主要应用目标是大尺寸复杂构件的低成本、高效快速近净成形。WAAM是一个数字化连续堆焊成形过程，其基本成形硬件系统应包括成形热源、送丝系统及运动执行机构。因为GMAW(gasmetalarcwelding,即熔化极气体保护焊)焊接电源特别是高端脉冲电源具有熔滴过渡方式可控，送丝、焊枪和行走机构同轴，具备送丝和自动化装置通讯接口等优势，已经成为WAAM系统热源的主要选择。机器人具有速度快、位置重复精度高、运动稳定性好等优点，在成型高精度复杂零件方面具有较大优势。其中，WAAM中，电弧是唯一热源也是熔滴过渡过程中重要的驱动力。现有增材制造方法，在产品生长的过程中，为了产品壁厚的一致性，通常采用恒定电弧工艺并且运行在稳定的行走速度之下，其中电弧工艺包括电压、电流、脉冲波形、送丝速度和干伸长度等。而这种常用的方法会造成在增材制造的起始阶段产品本体温度较低，而随后在电弧加热作用之下其温度会逐渐提高。而恒定不变的电弧工艺会造成在加工的中后段热输入量过大，从而产生合金元素烧损、热裂纹甚至再次熔化造成产品变形或者坍塌。现有的调节技术通常使用降低电弧输出或改变波形等方法降低电弧总的热输入量，或者提高行走速度降低单位长度的热输入量，以改善工件层间温度提高的问题。各种工艺也比较多，如中国专利公开号为CN110977172A的一种电弧增材与激光辅助热塑性成形复合制造装置和方法，还有CN106312273A的一种用于电弧熔丝增材制造的气氛保护装置等等。但是任何工艺上的调整都会造成产品外形和壁厚的变化，容易形成废品。
技术实现思路
本专利技术提供一种电弧增材制造装置及控制方法。本专利技术在不改变任何焊接工艺的情况下，避免了为了减少热输出量或待加工工件的热输入量而改变工艺，避免了由于改变了工艺而导致待加工工件的外形和壁厚的变化，降低废品率，且提高生产效率，降低生产成本。在本技术方案中，提供了一种电弧增材制造装置，包括用于将若干沉积层生成待加工工件的电弧增材焊接设备以及用于通过调节保护气体的混合比例实时调节电弧增材焊接设备的热输出量的保护气体装置，所述保护气体装置与电弧增材焊接设备连接。本专利技术通过用于通过调节保护气体的混合比例实时调节电弧增材焊接设备的热输出量的保护气体装置的设置，可在不改变任何焊接工艺的情况下，仅通过对调节保护气体的混合比例就实现了电弧增材焊接设备的热输出量调节，避免了为了减少热输出量或待加工工件的沉积层热输入量改变工艺的情况出现，从而避免了由于改变工艺导致待加工工件的外形和壁厚的变化，由此降低了废品率，提高了生产效率和合格率，大大降低了生产成本。需要说明的是，一般情况下都是用使用惰性气作为保护气和等离子气体。优选地，所述保护气体装置包括He气存储模块、Ar气存储模块、用于将He气和Ar气混合的可控智能混配器，所述He气存储模块、Ar气存储模块均通过气管与可控智能混配器连接，所述可控智能混配器通过气管与电弧增材焊接设备连接。通过所述He气存储模块、Ar气存储模块均通过气管与可控智能混配器连接，所述可控智能混配器通过气管与电弧增材焊接设备连接的设置，He气存储模块、Ar气存储模块将存储的He气和Ar气通过气管输送至可控智能混配器中进行混合，通过可控智能混配器对He气和Ar气的混合的比例进行实时调节，输出调整后的He气和Ar气的混合气体至电弧增材焊接设备中，来实时调节堆积生成的待加工工件的沉积层之间的输入热量，避免由于温度过高导致合金元素烧损、热裂纹甚至再次熔化造成产品变形或者坍塌的情况出现。需要说明的是，保护气体装置选用He气和Ar气是优选，其他能够实现此功能也是可行的，He的电离能为24.6eV，而Ar的电离能为15.8eV。因此使用Ar-He混合气作为保护气的时候，含有更高的He会大幅提高电弧电压U2。而电弧输入热量为PW＝U2*I2，U2的变化会使热量随之变化，即提高He的含量会使热输入量增加，反之则减少。因为He本身导热率和传热系数都比Ar高出很多，更高的热量也会更快的加热母材。且所述可控智能混配器通过气管与电弧增材焊接设备连接的设置是优选，只要可控智能混配器输出的混合保护气体能够全面覆盖电弧增材焊接设备的焊接区域即可。优选地，所述电弧增材焊接设备设有提供加热焊接气体的焊接头、高度或角度可调的智能机械主体、用于给焊接头送丝的送丝机、用于存储混合保护气体的存储模块以及第一控制器，所述焊接头均安装于智能机械主体上，所述第一控制器与智能机械主体、送丝机、存储模块、焊接头均电连接。这样设置是为了通过高度或角度可调的智能机械主体的高度或角度的调整实现焊接头的位置调整，从而更好地焊接堆积待加工工件。所述第一控制器与智能机械主体、送丝机、存储模块、焊接头均电连接的设置是为了可根据需要对智能机械主体、送丝机、存储模块、焊接头的进行调节，提高智能化。。优选地，所述装置还设有用于在其上将若干沉积层形成待加工工件的基板，所述基板设于智能机械主体邻近位置处且与焊接头的焊接气体出口相对。这样设置是为了提供焊接待加工工件的基础。基板的设置是优选，一般情况下，通过电弧增材焊接设备在基板的基础上进行堆积焊接待加工的工件。当然有的时候也可以不设置基板，这里不做具体的限定，可根据需要选择。优选地，所述存储模块设有出气口，所述出气口靠近焊接头的焊接气体出口位置处。存储模块可对从可控智能混配器输出的混合保护气体进行暂存，当焊接头在工作的过程中，通过存储模块的出气口持续的输出混合后的保护气体。所述出气口靠近焊接头的焊接气体出口位置处的设置是便于快速地对待加工工件的热输入量进行调节，避免出现过热的情况，减少温度过高导致合金元素烧损、热裂纹甚至再次熔化造成产品变形或者坍塌的情况出现，提高调节温度的效果和效率。当然这种位置设本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种电弧增材制造装置，其特征在于，包括用于将若干沉积层生成待加工工件的电弧增材焊接设备(2)以及用于通过调节保护气体的混合比例实时调节电弧增材焊接设备(2)的热输出量的保护气体装置(3)，所述保护气体装置(3)与电弧增材焊接设备(2)连接。/n
【技术特征摘要】
1.一种电弧增材制造装置，其特征在于，包括用于将若干沉积层生成待加工工件的电弧增材焊接设备(2)以及用于通过调节保护气体的混合比例实时调节电弧增材焊接设备(2)的热输出量的保护气体装置(3)，所述保护气体装置(3)与电弧增材焊接设备(2)连接。
2.根据权利要求1所述的电弧增材制造装置，其特征在于，所述保护气体装置(3)包括He气存储模块(31)、Ar气存储模块(32)、用于将He气和Ar气混合的可控智能混配器(33)，所述He气存储模块(31)、Ar气存储模块(32)均通过气管与可控智能混配器(33)连接，所述可控智能混配器(33)通过气管与电弧增材焊接设备(2)连接。
3.根据权利要求2所述的电弧增材制造装置，其特征在于，所述电弧增材焊接设备(2)设有提供加热焊接气体的焊接头(21)、高度或角度可调的智能机械主体(22)、用于给焊接头(21)送丝的送丝机(23)、用于存储混合保护气体的存储模块(24)以及第一控制器，所述焊接头(21)安装于智能机械主体(22)上，所述第一控制器与智能机械主体(22)、送丝机(23)、存储模块(24)、焊接头(21)均电连接。
4.根据权利要求3所述的电弧增材制造装置，其特征在于，所述存储模块(24)设有出气口(241)，所述出气口(241)靠近焊接头(21)的焊接气体出口(211)位置处。
5.根据权利要求3或4所述的电弧增材制造装置，其特征在于，所述装置还设有与可控智能混配器(33)电连接的若干传感器(4)，若干传感器(4)包括感应若干沉积层层间温度的第一红外温度传感器(41)、用于感应焊接的若干沉积层宽度的焊缝宽度传感器(42)以及用于感应焊接后温度的第二红外温度传感器(43)，所述第一红外温度传感器(41)、焊缝宽度传感器(42)、第二红外温度传感器(43)均安装于焊接头(21)临近位置处。
6.根据权利要求5所述的电弧增材制造装置，其特征在于，所述可控智能混配器(33)设有第二控制器(331)和混合模块(332)，所述第一红外温度传感器(41)、焊缝宽度传感器(42)、第二红外温度传感器(43)、混合模块(332)均与第二控制器(331)电连接。
7.根据权利要求6所述的电弧增材制造装置，其特征在于，所述混合模块(332)包括第一支路(333)、第二支路(...
【专利技术属性】
技术研发人员：邓韬，范胜标，贲志山，凌峰，徐亚军，刘继雄，袁莉莉，
申请(专利权)人：广州广钢气体能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44
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