【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及增材制造装置，尤其涉及一种激光中心诱导gtaw电弧同步相位控制增材制造装置及利用该增材制造装置进行增材制造的方法，其中，gtaw电弧为n个，n≤4。
技术介绍
1、增材制造技术是20世纪80年代末发展起来的，其原理类似于微积分，通过计算机辅助设计模型，按照规划路径，采用材料逐层累加的方法制造实体零件的技术，区别于传统的减材制造技术，其成形过程无需模具或夹具，具有材料利用率高、制造周期短、适用复杂构件、可实现用户定制化制造等突出特点。增材制造技术发展至今，已出现十多种不同的成形技术，按照热源物理性质和数量不同，常用的金属实体增材制造技术可分为激光增材制造、电子束增材制造和电弧增材制造等单一热源增材制造技术以及两种或多种热源复合增材制造技术。电弧增材制造技术沉积效率更高、成本较低，可以实现大尺寸零件的快速成形，已成为工程机械、轨道交通、航空航天、军工等领域高端装备制造业国产化关注的热点。其中，gtaw电弧以其稳定、制造过程飞溅小、空气污染小的特点深受研究者们的青睐，但是效率低制约了其在大尺寸构件制造中的应用。目前大型构件电弧增材制造仍采用单热源形式，金属熔敷效率低，生产制造周期长，极大限制了gtaw电弧增材制造技术在大型构件的推广应用。
2、近年来，为了提高gtaw电弧金属熔敷效率，基于gtaw电弧衍生出来多种新型gtaw复合热源，包括双钨极gtaw、三钨极gtaw、空心钨极-激光同轴复合、激光-gtaw电弧复合、激光-双gtaw电弧复合等，并围绕电弧特性、熔滴过渡和熔池形态变化特征，针对热源能量输出、位置
3、复合热源增材制造过程是一个复杂多物理场耦合过程，涉及到复合热源与溶体交互作用、能量吸收与转化、热量/质量传输及熔体动力学变化等复杂的冶金过程，该过程工艺参数和边界条件的时变扰动强，涉及到复合热源耦合参数、熔体材料送进参数及相关空间位置参数等多个变量，其中复合热源耦合参数是实现大型复杂构件高效、优质、定制化成形的关键因素。近几年来相关学者提出了激光诱导电弧增材制造技术，仍是以单电弧为主，针对焊接领域提出的多热源焊接装置与技术相对较多(如申请号为cn202110642113.1的专利中公开的一种磁场辅助多级氩弧与激光中心耦合共熔池焊接装置)，该装置是以增加焊接熔深，实现中厚板一次性单面焊双面成形为目的，将三个相同的配有独立焊接电源的gtaw焊炬以120度夹角均匀分布在激光焊接头周围，实现中心共熔池耦合焊接。但焊接与增材属于两种
，追求的焊道形态截然不同，为此并不适用于增材制造。
4、综上，现有增材制造均采用的为单一热源或仅单低功率激光旁轴诱导单电弧复合热源，存在沉积效率低、制造大型零件受限的问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，为解决现有增材制造均采用的单一热源或仅单低功率激光旁轴诱导单电弧复合热源，存在的沉积效率低、制造大型零件受限的技术问题。一方面，本专利技术提供了一种激光中心诱导n个gtaw电弧(n≤4)同步相位控制增材制造装置，其通过采用激光热源与设置于其周向内侧的多根钨极形成复合大热源，通过激光热源对多电弧的稳定诱导实现多弧的稳定控制，实现多丝的稳定熔化和液态金属的均匀铺展，实现优质、稳定增材制造，解决大型复杂构件传统制造技术难题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下的技术方案：
3、一种激光中心诱导gtaw电弧同步相位控制增材制造装置，包括：
4、摆动激光头，其用于发射摆动的激光热源；
5、gtaw电弧同轴焊炬，其具有多根钨极，并用于提供gtaw电弧，其设置于所述激光热源的周向内侧；
6、送丝机构，其用于夹持多根焊丝并将所述焊丝送入熔池或gtaw电弧的特定位置稳定熔化，并设置于所述激光热源的周向外侧；
7、其中，gtaw电弧为n个，n≤4；
8、所述激光头、gtaw电弧同轴焊炬和送丝机构固定在一起，保持三者同步运动；
9、多根所述钨极和多根所述沿周向交替均匀间隔设置在所述激光热源的周围，相邻两个所述钨极之间构成一个间隔，在任意间隔中可设置至少一根焊丝；
10、所述激光热源的摆动参数结合所述gtaw电弧的脉冲参数的协调控制，能够实现所述激光热源在中心稳定、引导多个所述gtaw电弧，诱导多个所述gtaw电弧按所述激光热源的摆动规律稳定燃烧。
11、优选地，还包括内部设置有水冷通道的环形壳体、焊接控制柜和激光控制器；
12、其中，所述激光头、gtaw电弧同轴焊炬和送丝机构同轴位于所述环形壳体的内部，并与所述环形壳体固接；
13、所述焊接控制柜用于控制所述gtaw电弧同轴焊炬进行电弧起弧，并控制所述送丝机构进行送丝；
14、所述激光控制器用于控制所述激光头发出激光束作为激光热源。
15、优选地，多根所述钨极相对所述激光热源倾斜设置，多根所述钨极位于同一锥形面上，所述锥形面的中心轴与所述激光热源同轴。
16、优选地，n个gtaw电弧能够根据需求通过控制面板设定不同电弧间的相位差。
17、优选地，所述摆动参数包括摆动路径、摆动频率和摆动幅度。
18、优选地，所述激光热源根据所述gtaw电弧的位置及光斑大小设置所述摆动幅度，用于控制对n个gtaw电弧的作用程度。
19、优选地，所述gtaw电弧为直流gtaw电弧或直流脉冲gtaw电弧。
20、另一方面，本专利技术还提供了上述激光中心诱导gtaw电弧同步相位控制增材制造装置的制造方法，包括如下步骤：
21、步骤1)、根据目标金属结构件的尺寸选择基板，对基板的表面进行预处理后放置于工作台上，用夹具进行装夹固定；
22、步骤2)、建立目标金属结构件的三维模型，对三维模型进行切片分层处理，获得增材制造的加工路径；
23、步骤3)、选择焊丝，并设定增材制造的工艺参数；
24、步骤4)、将激光头垂直于基板，并将多个钨极均匀间隔分布于激光热源的四周，然后在钨极的任意间隔之间设置焊丝；
25、步骤5)、按照步骤3)设定的工艺参数对送入熔池的焊丝进行融化并在基板上铺展，并按照步骤2)中的加工路径进行增材制造，得到目标金属结构件；
26、步骤6)、通过机械切割将基板与目标金属结构件分离。
27、本专利技术提供的激光中心诱导n个gtaw电弧(n≤4)同步相位控制增材制造装置，通过采用激光热源与设置于其周向内侧的多根钨极形成对称型复合热源，通过激光热源对多电弧的稳定诱导实现多弧的稳定控制，实现多丝的稳定熔化和液态金属的均匀铺展本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种激光中心诱导GTAW电弧同步相位控制增材制造装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种激光中心诱导GTAW电弧同步相位控制增材制造装置，其特征在于，还包括内部设置有水冷通道的环形壳体、焊接控制柜和激光控制器；
3.根据权利要求1所述的一种激光中心诱导GTAW电弧同步相位控制增材制造装置，其特征在于，多根所述钨极相对所述激光热源倾斜设置，多根所述钨极位于同一锥形面上，所述锥形面的中心轴与所述激光热源同轴。
4.根据权利要求1所述的一种激光中心诱导GTAW电弧同步相位控制增材制造装置，其特征在于，n个GTAW电弧能够根据需求通过控制面板设定不同电弧间的相位差。
5.根据权利要求1所述的一种激光中心诱导GTAW电弧同步相位控制增材制造装置，其特征在于，所述摆动参数包括摆动路径、摆动频率和摆动幅度。
6.根据权利要求5所述的一种激光中心诱导GTAW电弧同步相位控制增材制造装置，其特征在于，所述激光热源根据所述GTAW电弧的位置及光斑大小设置所述摆动幅度，用于控制对n个GTAW电弧的作用程度。
7.
8.根据权利要求1-7中任一项所述的一种激光中心诱导GTAW电弧同步相位控制增材制造装置的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种激光中心诱导gtaw电弧同步相位控制增材制造装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种激光中心诱导gtaw电弧同步相位控制增材制造装置，其特征在于，还包括内部设置有水冷通道的环形壳体、焊接控制柜和激光控制器；
3.根据权利要求1所述的一种激光中心诱导gtaw电弧同步相位控制增材制造装置，其特征在于，多根所述钨极相对所述激光热源倾斜设置，多根所述钨极位于同一锥形面上，所述锥形面的中心轴与所述激光热源同轴。
4.根据权利要求1所述的一种激光中心诱导gtaw电弧同步相位控制增材制造装置，其特征在于，n个gtaw电弧能够根据需求通过控制面板设定不同电弧间的相位差。
5.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：梁晓梅，杜兵，徐富家，滕彬，张焱，费大奎，张彦东，李荣，赫楠楠，孙元奇，周成宇，杨萌，
申请(专利权)人：中国机械总院集团哈尔滨焊接研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：
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