一種電弧熔絲增材制造系統和方法技術方案

本發明專利技術涉及焊接技術領域，公開了一種電弧熔絲增材制造系統和方法，所述電弧熔絲增材制造系統包括焊炬和送絲機構，焊炬用于熔融焊絲；送絲機構設置有用于夾持焊絲的焊絲夾具，且與焊炬連接為一體，用于帶動焊炬和焊絲同步移動；其通過一體結構的焊炬和焊絲進行同步移動，能夠減小送絲角度，增加送絲過程穩定性，提高最大送絲速度，適用于TIG工藝的制造，提高TIG工藝的制造效率，降低焊炬和焊絲運動路徑規劃難度，極大地拓展了TIG工藝在電弧增材制造等領域的工藝適用性。造等領域的工藝適用性。造等領域的工藝適用性。

【技術實現步驟摘要】
一種電弧熔絲增材制造系統和方法


[0001]本專利技術涉及焊接
，尤其涉及一種電弧熔絲增材制造系統和方法。

技術介紹

[0002]隨著大型飛機、深空探測、載人登月等重大航空航天戰略的實施，新一代航空航天裝備對結構輕量化和功能一體化等性能提出了更高的需求。與此同時，鎂合金作為強度較高的結構金屬材料，在航空航天領域受到高度關注并被廣泛應用。其中，Mg
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Zr系鎂合金作為典型的高強耐熱鎂合金，常用于電弧增材制造技術中，在航空航天領域具有廣泛應用。
[0003]現有技術中，常用的電弧增材制造技術包括電弧送絲增材制造技術和電弧增材制造技術。
[0004]電弧送絲增材制造技術(WAAM，Wire and Arc Additive Manufacturing)，采用焊接電弧作為熱源，先將金屬絲材熔化，再按設定成形路徑在基板上堆積每一層片，然后層層堆敷直至成形金屬件，該方式存在成形精度稍差，成型件微觀組織粗大的缺陷。
[0005]電弧熔絲增材制造技術(Wire and Arc Additive Manufacturing，WAAM)利用電弧熱源熔化金屬絲材，實現零部件快速成形，該方式存在熔化極增材制造電弧不穩定的缺陷，容易導致實際生產出的鎂合金構件氣孔率高，無法投入使用。

技術實現思路

[0006]本專利技術提出一種電弧熔絲增材制造系統和方法，旨在克服現有技術電弧增材制造焊接后存在的晶粒粗大，有氣孔等缺陷，為航空航天裝備的輕量化、單件或小批量制造需求提供技術支撐，尤其適用于對飛行體表面結構使用Mg
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Zr(鎂合金)電弧增材制造。
[0007]本專利技術提供一種電弧熔絲增材制造系統，包括焊炬和送絲機構，焊炬用于熔融焊絲；送絲機構設置有用于夾持焊絲的焊絲夾具，且與焊炬連接為一體，用于帶動焊炬和焊絲同步移動。
[0008]優選的，焊炬設置保護噴嘴，送絲機構為五軸機械臂，五軸機械臂與保護噴嘴連接為一體。
[0009]優選的，電弧熔絲增材制造系統還包括高頻脈沖方波電源，用于將高頻脈沖方波電流與以下至少一種電流疊加輸出，生成焊炬電弧：恒定直流、脈沖直流、變極性方波或調制變極性方波電流。
[0010]優選的，電弧熔絲增材制造系統還包括工作臺，工作臺上設置工件夾具，工件夾具用于夾持待加工件；工作臺安裝有移動機構，用于帶動工作臺承載待加工件移動。
[0011]優選的，移動機構包括絲杠、螺母和伺服電機，伺服電機驅動連接絲杠，絲杠螺紋連接于螺母內。
[0012]本專利技術還提供一種電弧熔絲增材制造方法，包括以下步驟：
[0013]將焊絲與焊炬一體式固定并移動；
[0014]采用高頻脈沖方波電源為焊炬供電，高頻脈沖方波電源將高頻脈沖方波電流與以下至少一種電流疊加輸出，生成焊炬電弧：恒定直流、脈沖直流、變極性方波或調制變極性方波電流；
[0015]設定電弧增材成形件晶粒尺寸閾值范圍、形核率閾值范圍、氣孔率閾值范圍或焊接件力學性能閾值范圍；
[0016]調整所述高頻脈沖方波電流的頻率、占空比、電流強度，使得所述晶粒尺寸、所述形核率、所述氣孔率或所述焊接件力學性能至少一個在其設定閾值范圍內。
[0017]進一步地，還包含以下步驟：
[0018]對電弧增材成形件進行檢測，獲得晶粒尺寸、形核率、氣孔率或焊接件力學性能至少一個在其設定閾值范圍內，對應的送絲機構送絲速度閾值范圍，及對應的高頻脈沖方波電流的電流閾值范圍、頻率閾值范圍和占空比閾值范圍；
[0019]進一步地，
[0020]在送絲速度閾值范圍、所述電流閾值范圍、所述頻率閾值范圍和所述占空比閾值范圍內，對送絲速度、高頻脈沖方波電流、頻率和占空比進行分析，獲得相關系數。
[0021]優選的，高頻脈沖方波電流的頻率大于其所疊加的恒定直流、脈沖直流、變極性方波或調制變極性方波電流的頻率。
[0022]優選的，本申請電弧熔絲增材制造方法中，在送絲機構送絲速度閾值范圍內，按照設定的相關系數分別調整所述高頻脈沖方波電流的頻率、占空比、電流強度。所述相關系數為正相關系數。
[0023]本專利技術的電弧熔絲增材制造系統和制造方法，至少能夠達到以下有益效果：
[0024]本專利技術的電弧熔絲增材制造系統，通過一體結構的焊炬和焊絲進行同步移動，能夠減小送絲角度，增加送絲過程穩定性，提高最大送絲速度，適用于TIG(鎢極惰性氣體保護焊接)工藝的制造，提高TIG工藝的制造效率，降低焊炬和焊絲運動路徑規劃難度，極大地拓展了TIG工藝在電弧增材制造等領域的工藝適用性，能夠滿足航空設備制作需求。
[0025]本專利技術的電弧熔絲增材制造系統，還可以通過高頻脈沖方波電源將高頻脈沖方波電流與恒定直流、脈沖直流、變極性方波或調制變極性方波電流疊加輸出形成焊炬電弧，能夠實現輸出電流超快變換，尤其在輸出變極性電流時，能夠實現過零無死區、超快變換電流輸出，從而更好地保證電弧增材制造過程中電弧穩定性；結合焊炬和焊絲同步移動的一體結構，能夠實現米級的翼翅類型零件在筒體類零件上的焊接操作，從而適用于大尺寸筒翼的電弧增材制造。
[0026]本專利技術的電弧熔絲增材制造方法，可以采用本專利技術的電弧熔絲增材制造系統實現，其通過將焊絲與焊炬一體式固定并移動，能夠實現TIG電弧增材制造，能夠發揮電弧熔絲增材制造快速、低成本、成形件尺寸不受限等優勢，能夠改善鎂合金電弧增材成形件組織粗大、成形精度低等問題；能夠通過高頻電弧熱源的高頻效應，在焊接過程中有效細化晶粒、增大形核率，消除氣孔，改善焊接件微觀組織和力學性能，實現制備高性能鎂合金構件。
[0027]本專利技術的電弧熔絲增材制造方法，還可以通過采用高頻脈沖方波電源作為焊炬供電電源，其高頻脈沖方波電源將高頻脈沖方波電流與恒定直流、脈沖直流、變極性方波或調制變極性方波電流疊加輸出生成焊炬電弧，并獲得送絲速度與電流疊加方波的閾值范圍相關性，從而優化電弧熔絲增材制造，能夠實現米級的翼翅類型零件在筒體類零件上的高強
度、高可靠性焊接或增材制造，滿足高負載高強度翼翅的工作需要，降低制造成本和制造周期，適用于形成與激光增材制造方法優勢互補的3D增材成形技術。
附圖說明
[0028]此處所說明的附圖用來提供對本專利技術的進一步理解，構成本專利技術的一部分，本專利技術的示意性實施例及其說明用于解釋本專利技術，并不構成對本專利技術的不當限定。在附圖中：
[0029]圖1為手持焊絲示意圖；
[0030]圖2為通過夾具夾持焊絲示意圖；
[0031]圖3為本專利技術一實施例的電弧熔絲增材制造系統的結構示意圖；
[0032]圖4為本專利技術一實施例的電弧熔絲增材制造系統的翼翅焊接工作示意圖；
[0033]圖5為圖4的A處局部放大圖；
[0034]圖6為電弧送絲增材制造示意圖。
[0035]附圖標記：
[0036]1本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種電弧熔絲增材制造系統，其特征在于，包括：焊炬，用于熔融焊絲；送絲機構，設置有用于夾持所述焊絲的焊絲夾具，且與所述焊炬連接為一體，用于帶動所述焊炬和所述焊絲同步移動。2.根據權利要求1所述的電弧熔絲增材制造系統，其特征在于，所述焊炬設置保護噴嘴，所述送絲機構為五軸機械臂，所述五軸機械臂與所述保護噴嘴連接為一體。3.根據權利要求1或2所述的電弧熔絲增材制造系統，其特征在于，所述電弧熔絲增材制造系統還包括高頻脈沖方波電源，用于將高頻脈沖方波電流與以下至少一種電流疊加輸出，生成焊炬電弧：恒定直流、脈沖直流、變極性方波或調制變極性方波電流。4.根據權利要求3所述的電弧熔絲增材制造系統，其特征在于，所述電弧熔絲增材制造系統還包括工作臺，所述工作臺上設置工件夾具，所述工件夾具用于夾持待加工件；所述工作臺安裝有移動機構，用于帶動所述工作臺承載所述待加工件移動。5.根據權利要求4所述的電弧熔絲增材制造系統，其特征在于，所述移動機構包括絲杠、螺母和伺服電機，所述伺服電機驅動連接所述絲杠，所述絲杠螺紋連接于所述螺母內。6.一種電弧熔絲增材制造方法，其特征在于，包括以下步驟：將所述焊絲與所述焊炬一體式固定并移動；采用所述高頻脈沖方波電源為所述焊炬供電，所述高頻脈沖方波電源將高頻脈沖方波電流與以下至少一種電流疊加輸出，生成焊炬電弧：...

【專利技術屬性】
技術研發人員：潘騰，周建明，張建棟，王力，
申請(專利權)人：漢中萬利航空裝備制造有限公司，
類型：發明
國別省市：