本发明专利技术提供了一种热质力解耦控制的电弧增材装置和方法，装置包括：第一交流电源，第一焊丝，第一送丝系统，温度采集仪，第二焊丝，第二送丝系统，钨极组管，第三送丝系统，第三焊丝，等离子焊枪，第二交流电源和待加工的工件；所述钨极组管的中心具有通孔，所述第一焊丝可伸缩地穿过所述通孔，所述第一送丝系统驱动连接所述第一焊丝；第一交流电源、第二焊丝、电弧、第三焊丝组成电流回路；第二交流电源、钨极组管、电弧、工件组成电流回路；所述温度采集仪安装在所述等离子焊枪上，用于采集所述熔池的温度，所述温度采集仪与所述第一送丝系统相连接。本发明专利技术通过引入多极焊丝，在丰富增材件成分的同时，能够主动地调节增材过程中的熔池温度。度。度。
【技术实现步骤摘要】
一种热质力解耦控制的电弧增材装置和方法
[0001]本专利技术涉及增材制造
，尤其是涉及一种热质力解耦控制的电弧增材装置和方法。
技术介绍
[0002]增材制造技术是一种将三维模型分层切片连续逐层增加材料以生成三维实体的技术，具有生产周期短、材料利用高等特点。与以激光、电子束作为熔化热源的增材制造技术相比，以电弧作为热源熔化丝材的电弧增材制造技术具有熔覆效率高，材料利用率高等特点，在生产加工制造中大型结构件方面潜力大而受到国内外学者的关注。在众多科研工作者共同努力下，电弧增材制造技术被应用到航空航天、军工、汽车、船舶等领域。
[0003]但是，成形精度低、增材过程中热积累严重是电弧增材技术被广泛应用的关键挑战。而且，受到制丝工艺的限制，增材件成分较为单一。因此，如何改善增材过程中严重的热积累，丰富增材件的成分调节成为本领域亟需解决的技术问题。
技术实现思路
[0004]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种热质力解耦控制的电弧增材装置和方法，本专利技术通过引入多极焊丝，实现对热输入的自适应调节。该方法在满足提高熔覆效率、丰富增材件成分的同时，能够主动地调节增材过程中的熔池温度。
[0005]本专利技术提供了一种热质力解耦控制的电弧增材装置，包括：第一交流电源，第一焊丝，第一送丝系统，温度采集仪，第二焊丝，第二送丝系统，钨极组管，第三送丝系统，第三焊丝，等离子焊枪，第二交流电源和待加工的工件；所述等离子焊枪的输出口垂直朝向所述工件的待加工位置，所述钨极组管同轴安装在所述等离子焊枪的中间，在所述待加工位置形成电弧和熔池，所述钨极组管的中心具有通孔，所述通孔朝向所述电弧和熔池；所述第一焊丝可伸缩地穿过所述通孔伸入所述电弧中，所述第一送丝系统驱动连接所述第一焊丝；所述第二焊丝从所述等离子焊枪的一侧伸入所述电弧中，所述第二送丝系统驱动连接所述第二焊丝；所述第三焊丝从所述等离子焊枪的另一侧伸入所述电弧中，所述第三送丝系统驱动连接所述第三焊丝；所述第一交流电源的一端与所述第二焊丝相连，另一端与所述第三焊丝相连，形成第一交流电源、第二焊丝、电弧、第三焊丝组成的电流回路；所述第二交流电源的一端与所述钨极组管相连，另一端与所述工件相连，形成第二交流电源、钨极组管、电弧、工件组成的电流回路；所述温度采集仪安装在所述等离子焊枪上，用于采集所述熔池的温度，所述温度采集仪与所述第一送丝系统相连接。
[0006]进一步地，所述钨极组管包括钨极管和陶瓷管，所述钨极管套接在所述陶瓷管外周，所述通孔位于所述陶瓷管的中间。
[0007]进一步地，所述钨极管的内侧具有内螺纹，所述陶瓷管的外侧具有外螺纹，所述钨极管与所述陶瓷管通过螺纹连接。
[0008]进一步地，所述钨极管材料为钨合金，所述陶瓷管材料为氮化铝陶瓷。
[0009]进一步地，所述钨极管的直径范围为5mm～10mm，所述陶瓷管的直径范围为3mm～6mm。
[0010]进一步地，所述等离子焊枪上具有螺栓孔，所述温度采集仪通过螺栓固定连接在所述等离子焊枪上的所述螺栓孔中。
[0011]进一步地，所述温度采集仪连接有温度分析模块，并通过所述温度分析模块与所述第一送丝系统相连接。
[0012]本专利技术提供了一种主动调节热质传输的电弧增材方法，包括：第二焊丝和第三焊丝采用不同成分的原料制作，根据增材加工的不同位置需要，调节第二送丝系统和第三送丝系统的送丝速度，以此调节特定部位增材原料的成分；温度采集仪随着等离子焊枪同步移动，实时采集熔池中同一相对位置点的温度，并根据采集到温度值的大小向第一送丝系统发出相应的调节送丝速度命令，调节第一焊丝的送丝速度，以此将熔池温度控制在设定的范围内。
[0013]进一步地，温度采集仪将采集到的温度信息发送给温度分析模块，温度分析模块对温度进行分析后，向第一送丝系统发出调节第一焊丝送进速度的命令。
[0014]进一步地，调节第一交流电源和第二交流电源的电流交变频率，协同调节输出的电流，使增材过程中热输入处于一种相对平衡状态。
[0015]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0016]以等离子焊枪为装置主体，设计了第一焊丝为电弧中央送冷丝，等离子焊枪与工件接在一个交流电源的两极；左右两丝材作为两个电极接在另外一个交流电源两级，形成交叉耦合三丝材的电弧增材结构与装备。其中中央冷丝可以被送进熔池，并能够吸收电弧和熔池的热量，以减少电弧对熔池的热输入和调节熔池温度及温度梯度。左右丝材极性切换的结构可以在提高熔覆效率同时维持对熔池的电弧力输入，在交叉耦合电弧的主弧和旁弧相互牵引作用下保证成形精度的控制。左右丝材采用不同的原料制作，丰富了增材件的成分。设计了熔池温度与冷丝送进速度关联结构，通过实时采集增材过程中熔池温度，并将温度信号转化成电信号传递到冷丝送进系统控制模块，以此实现对熔池温度的调控。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1为本专利技术实施例一种热质力解耦控制的电弧增材装置的结构图；
[0019]图2为本专利技术实施例一种钨极组管的结构图。
[0020]附图中标记为：
[0021]1：第一交流电源；2：第一焊丝；3：第一送丝系统；4：温度分析模块；5：温度采集仪；6：第二焊丝；7：第二送丝系统；8：熔池；9：钨极组管；10：电弧；11：第三送丝系统；12：第三焊丝；13：等离子焊枪；14：第二交流电源；15：工件；16：钨极管；17：陶瓷管。
具体实施方式
[0022]下面将结合实施例对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0023]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0024]此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本专利技术的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种热质力解耦控制的电弧增材装置，其特征在于，包括：第一交流电源(1)，第一焊丝(2)，第一送丝系统(3)，温度采集仪(5)，第二焊丝(6)，第二送丝系统(7)，钨极组管(9)，第三送丝系统(11)，第三焊丝(12)，等离子焊枪(13)，第二交流电源(14)和待加工的工件(15)；所述等离子焊枪(13)的输出口垂直朝向所述工件(15)的待加工位置，所述钨极组管(9)同轴安装在所述等离子焊枪(13)的中间，在所述待加工位置形成电弧(10)和熔池(8)，所述钨极组管(9)的中心具有通孔，所述通孔朝向所述电弧(10)和熔池(8)；所述第一焊丝(2)可伸缩地穿过所述通孔伸入所述电弧(6)中，所述第一送丝系统(3)驱动连接所述第一焊丝(2)；所述第二焊丝(6)从所述等离子焊枪(13)的一侧伸入所述电弧(10)中，所述第二送丝系统(7)驱动连接所述第二焊丝(6)；所述第三焊丝(12)从所述等离子焊枪(13)的另一侧伸入所述电弧(10)中，所述第三送丝系统(11)驱动连接所述第三焊丝(12)；所述第一交流电源(1)的一端与所述第二焊丝(6)相连，另一端与所述第三焊丝(12)相连，形成第一交流电源(1)、第二焊丝(6)、电弧(10)、第三焊丝(12)组成的电流回路；所述第二交流电源(14)的一端与所述钨极组管(9)相连，另一端与所述工件(15)相连，形成第二交流电源(14)、钨极组管(9)、电弧(10)、工件(15)组成的电流回路；所述温度采集仪(5)安装在所述等离子焊枪(13)上，用于采集所述熔池(8)的温度，所述温度采集仪(5)与所述第一送丝系统(2)相连接。2.根据权利要求1所述的热质力解耦控制的电弧增材装置，其特征在于，所述钨极组管(9)包括钨极管(16)和陶瓷管(17)，所述钨极管(16)套接在所述陶瓷管(17)外周，所述通孔位于所述陶瓷管(17)的中间。3.根据权利要求2所述的热质力解耦控制的电弧增材装置，其特征在于，所述钨极管(16)的内...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈树君，王小伟，闫朝阳，肖珺，郭凯伟，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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