【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及增材制造，具體涉及一種評價電弧增材制造材料抗裂性的裝置及方法。
技術介紹
1、電弧增材制造技術(waam)是采用焊接電弧作為熱源，通過電弧熱將金屬絲材熔化，并按照系統預設的成形路徑進行沉積，得到成形件。waam的顯著優勢在于極高的材料利用率、低成本和高效快速近凈成形。但由于采用的是焊接電弧熱，焊接有關缺陷也常常出現在waam中。裂紋是焊接件中常見的缺陷，將直接導致焊接產品質量問題，在應力及其它有關開裂因素的共同作用下，極易導致裂紋的產生。在waam中，裂紋已經成為一種影響成形件質量的嚴重缺陷。如何評定材料的抗裂性，即測定材料的裂紋敏感性，對于裂紋的防治有十分重要的指導作用。目前對裂紋的防治措施有很多，包括熱處理和優化工藝參數等，但在waam工藝中，對于材料的抗裂性評定裝置及方法欠缺，有待開發、補充和完善。
技術實現思路
1、有鑒于此，本專利技術提供了一種評價電弧增材制造材料抗裂性的裝置及方法，能夠實現對電弧增材制造領域的抗裂性相關評定。
2、為實現上述目的，本專利技術技術方案如下：
3、一種評價電弧增材制造材料抗裂性的裝置，包括：總控系統、熱源系統、送絲系統、移動平臺、保護氣體系統、基板、底板以及固定件；其中，總控系統用于控制熱源系統、送絲系統、移動平臺和保護氣體系統，將絲材按照程序預先設定的路徑在樣板或基板上進行沉積；接收圖像采集設備獲取的圖像，并對圖像進行分析，得出電弧增材制造材料抗裂性結果；熱源系統用于加熱絲材，使其熔化并沉積；送絲系統用
4、其中，所述基板中部帶有環形凹槽，所述底板與基板固定，用于限定基板在電弧增材制造過程中因受熱產生的熱變形，通過調整底板與基板的尺寸參數比例實現對基板的拘束度調節。
5、其中，總控系統通過圖像采集設備獲取的圖像，對試驗得到的沉積層表面的裂紋總長度和環形沉積層的周長進行測量，并將相關數據發代入沉積層裂紋率的計算公式，計算出材料的裂紋率。
6、其中，所述沉積層裂紋率的計算公式為：裂紋率＝裂紋總長度/環形沉積層周長。
7、其中，所述絲材的材料包括鋁及鋁合金絲材、銅及銅合金絲材、鎂及鎂合金絲材、鈦及鈦合金絲材、鎳基合金絲材、不銹鋼絲材和鋼絲材。
8、其中，所述熱源系統包括鎢極惰性氣體保護焊熱源、熔化極惰性氣體保護焊熱源或冷金屬過渡熱源。
9、本專利技術還提供了一種評價電弧增材制造材料抗裂性的方法，采用本專利技術所述裝置實現，包括如下步驟：
10、首先選取一塊與底板同材料的樣板進行電弧增材制造的試沉積，通過沉積一層，確定當前金屬絲材的沉積層寬度；
11、待冷卻后，對試沉積層的寬度進行測量；
12、對基板進行機加工處理，在中部加工出圓環形凹槽，并在四周位置開通孔，并在底板上與基板相對應的位置開螺紋孔；
13、使用酒精溶液清洗底板與基板，并將兩者固定；
14、將金屬絲材按照程序預先設定的環形路徑，在凹槽處進行沉積；
15、對圓環形的沉積層進行裂紋率的計算；
16、根據所得的裂紋率的大小進行比較，判斷金屬材料的抗裂性。
17、其中，沿直線試沉積一層，沉積層長度為樣板長度的0.5-0.8倍。
18、其中，選取試沉積層的3～5個位置的寬度進行測量，計算寬度的平均值。
19、有益效果：
20、1.本專利技術裝置結構設計簡單，操作便利，可根據實際需求對基板與底板的尺寸進行靈活選擇，裂紋率的計算簡便，電弧增材制造材料的抗裂性評定結果可靠有效。
21、2.本專利技術裝置中設計了中部帶有環形凹槽的基板，將基板與底板通過螺栓固定，限定基板在電弧增材制造過程中因受熱產生的熱變形，同時可通過調整底板與基板的尺寸參數比例進行拘束度的調節，具體是通過改變凹槽深度與基板厚度的比例可實現拘束度的調節。
22、3、本專利技術方法基于本專利技術裝置實現，使用沉積層的周長作為分母，為裂紋率評估提供了一個標準化的基準，同時公式不區分裂紋的類型和大小，能夠綜合考慮不同材料、不同工藝條件下材料的抗裂性比較。
23、4.本專利技術方法中，通過測量多個位置的裂紋長度，也可以減少隨機誤差，提高裂紋率評估的準確性和可靠性。相對于需要復雜設備和高成本的裂紋評估方法，本專利技術提供了一種經濟有效的材料抗裂性評估手段。
24、5.本專利技術方法中，對于選用不同的金屬絲材進行電弧增材制造，通過所測得不同絲材沉積層的裂紋率，實現對不同金屬絲材的電弧增材抗裂性評定。
25、6.本專利技術方法中，對于環形的凹槽，可通過調整凹槽的深度與基板厚度的比例，來調節在電弧增材制造過程中沉積層所受的約束，在基板厚度不變時，凹槽深度越深，所受的拘束度越大。
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1.一種評價電弧增材制造材料抗裂性的裝置，其特征在于，包括：總控系統、熱源系統、送絲系統、移動平臺、保護氣體系統、基板、底板以及固定件；其中，總控系統用于控制熱源系統、送絲系統、移動平臺和保護氣體系統，將絲材按照程序預先設定的路徑在樣板或基板上進行沉積；接收圖像采集設備獲取的圖像，并對圖像進行分析，得出電弧增材制造材料抗裂性結果；熱源系統用于加熱絲材，使其熔化并沉積；送絲系統用于設定送絲速度并按送絲速度運送絲材；移動平臺用于移動基板、底板以及固定件的位置；保護氣體系統用于對熱源系統進行實時保護。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述基板中部帶有環形凹槽，所述底板與基板固定，用于限定基板在電弧增材制造過程中因受熱產生的熱變形，通過調整底板與基板的尺寸參數比例實現對基板的拘束度調節。
3.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，總控系統通過圖像采集設備獲取的圖像，對試驗得到的沉積層表面的裂紋總長度和環形沉積層的周長進行測量，并將相關數據發代入沉積層裂紋率的計算公式，計算出材料的裂紋率。
4.如權利要求3所述的裝置，其特征在于，所述沉積層裂紋率的
5.如權利要求1-4任意一項所述的裝置，其特征在于，所述絲材的材料包括鋁及鋁合金絲材、銅及銅合金絲材、鎂及鎂合金絲材、鈦及鈦合金絲材、鎳基合金絲材、不銹鋼絲材和鋼絲材。
6.如權利要求1-4任意一項所述的裝置，其特征在于，所述熱源系統包括鎢極惰性氣體保護焊熱源、熔化極惰性氣體保護焊熱源或冷金屬過渡熱源。
7.一種評價電弧增材制造材料抗裂性的方法，其特征在于，采用如權利要求1-6任意一項所述裝置實現，包括如下步驟：
8.如權利要求7所述的方法，其特征在于，沿直線試沉積一層，沉積層長度為樣板長度的0.5-0.8倍。
9.如權利要求7或8所述的方法，其特征在于，選取試沉積層的3～5個位置的寬度進行測量，計算寬度的平均值。
...【技術特征摘要】
1.一種評價電弧增材制造材料抗裂性的裝置，其特征在于，包括：總控系統、熱源系統、送絲系統、移動平臺、保護氣體系統、基板、底板以及固定件；其中，總控系統用于控制熱源系統、送絲系統、移動平臺和保護氣體系統，將絲材按照程序預先設定的路徑在樣板或基板上進行沉積；接收圖像采集設備獲取的圖像，并對圖像進行分析，得出電弧增材制造材料抗裂性結果；熱源系統用于加熱絲材，使其熔化并沉積；送絲系統用于設定送絲速度并按送絲速度運送絲材；移動平臺用于移動基板、底板以及固定件的位置；保護氣體系統用于對熱源系統進行實時保護。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述基板中部帶有環形凹槽，所述底板與基板固定，用于限定基板在電弧增材制造過程中因受熱產生的熱變形，通過調整底板與基板的尺寸參數比例實現對基板的拘束度調節。
3.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，總控系統通過圖像采集設備獲取的圖像，對試驗得到的沉積層表面的裂紋總長度和環形沉積層的周長進行測量，并將...
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉坤，許聰，吳紅，黃新磊，李杰，楊維華，張清林，覃小兵，
申請(專利權)人：江蘇科技大學，
類型：發明
國別省市：
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