CN107931781A - 双金属复合材料电弧增材制造装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了双金属复合材料电弧增材制造装置及其制造方法，双金属复合材料电弧增材制造装置由控制系统部分和机械部分组成，双金属复合材料电弧增材制造的方法通过3D模型建模、分层切片、数据处理、对刀、送丝启动、气体保护启动、材料电弧电源系统启动、电弧引弧、3D运动、电弧跟踪步骤直至完成整个双金属复合材料增材制造。本发明实现了两种金属复合材料增材制造，并且工艺流程短，投入设备少，所需场地小，适宜于批量生产。

Description

双金属复合材料电弧增材制造装置及其制造方法

技术领域

本发明属于增材制造3D打印技术领域，涉及一种双金属复合材料电弧增材制造装置及其制造方法。

背景技术

增材制造3D打印领域中，电弧增材制造较激光选取粉末增材制造工艺具有送丝速度快、金属熔覆沉积速度快等优点，适用于大型产品和工件制造。

现有增材制造技术仅为单材料制造，即一种材料增材制造，尚未实现双金属复合材料增材制造。由于双金属复合材料，如碳钢/不锈钢复合材料，碳钢材料可以为工件结构实现载荷和强度作用，不锈钢材料为工件结构提供耐蚀性或耐磨性，从而保护碳钢材料，使得具有良好的适用性；此外，碳钢/不锈钢复合材料价格又远远低于不锈钢纯材，具有明显的经济性；因此双金属复合材料的增材制造就显得迫在眉睫。

双金属复合管主要包括机械式复合管和冶金式复合管。传统双金属复合管生产方式均为大型机械化生产，具有投资大、生产周期长、组织难度大、适用大批量生产等特点，不能满足当今时代对产品多元式、定制式生产制造服务，而增材制造(3D打印)最容易实现多元化定制式生产，从零件的三维CAD模型出发，无需模具，直接打印制造零件，具有投资小、周期短、便于组织生产等特点，而且不受模具尺寸、调型等影响，尤其适用单件、小批量生产。

根据现有技术，依据增材制造原料来划分，增材制造可以划分为丝材增材制造和粉末增材制造。丝材增材制造以高能束(激光、电子束、电弧等)为热源，同步送丝，分层逐步熔化成型。粉末增材制造是以激光或电子束为热源，在粉末床上，分层烧结熔接成型，具有效率高的优点，效率可达每小时数公斤。丝材增材制造可以实现力学性能与锻件相当的复杂高性能构件的高效率制造(可达3-5kg/h)，并且成形尺寸基本不受限制(取决于设备运动幅面)。粉末制造技术则可以实现力学性能优于铸件的高复杂性构件的直接制造，但是通常成形尺寸较小，只能进行单种材料的直接成形。目前成熟的商用化装备的成形尺寸一般小于300mm。另外，粉末增材制造沉积效率要比丝材制造技术低1～2个数量级，但成形件的复杂性基本不受限制。因此，双金属复合管增材制造需要选择丝材增材制造工艺。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供一种双金属复合材料电弧增材制造装置及其制造方法，解决了现有技术中投资大、生产周期长、组织难度大，工件成型受到限制的问题。

本发明所采用的技术方案是，双金属复合材料电弧增材制造装置，由控制系统部分和机械部分组成；所述控制系统部分由3D建模模块、分层模块、阴极射线显像管、手动数据输入模块、控制系统、可编程控制器组成；

3D建模模块与分层模块信号连接，分层模块、阴极射线显像管、手动数据输入模块、可编程控制器分别与控制系统连接；

所述3D建模模块用于为设备提供3D模型建模，实现工件3D建模；

所述分层模块用于将3D建模模块所建立模型进行分层计算、模拟分层以及切片分层，将3D模型转化为一定厚度的2D平面模型，将2D模型的关键点线面参数数字化，输送给控制系统；

所述阴极射线显像管用于显示所建立3D模型、分层模型的外观、尺寸，同时显示各种运动参数、增材制造工艺参数；

所述手动数据输入模块用于将模型参数、电弧增材制造工艺参数手动输入到控制系统，以便后续电弧增材制造计算和实施；

所述控制系统具有X向伺服驱动接口、Y向伺服驱动接口、Z向伺服驱动接口、4轴伺服驱动接口、5轴伺服驱动接口、可编程控制器接口；

所述可编程控制器通过I/O接口分别连接继电器板和A/D数模转换板，A/D数模转换板还连接温度检测系统。

所述机械部分包括：底座上设有Y向伺服电机和工作台，工作台前方设有Y向伺服电机，工作台上设有垫板，垫板上设有工件，底座与支架相连接，支架与横梁相连接，横梁设于工件上方，横梁上设有温度检测系统，横梁上设有X向伺服电机，A材料焊枪和B材料焊枪设于横梁下方，A材料焊枪设有A材料气体保护开关，A材料焊枪通过管路与A材料气体保护系统连接，A材料焊枪与A材料送丝系统相连接，A材料焊枪下方设有A材料电弧引弧/熄弧系统，B材料焊枪设有B材料气体保护开关，B材料焊枪通过管路与B材料气体保护系统连接，B材料焊枪与B材料送丝系统相连接，B材料焊枪下方设有B材料电弧引弧/熄弧系统，支架设有Z向伺服电机，测量系统设于横梁和工作台上，A材料电弧引弧/熄弧系统和B材料电弧引弧/熄弧系统均与电弧跟踪系统相连，电弧跟踪系统通过导线与可编程控制器相连，测量系统通过导线与控制系统相连。

进一步的，所述A材料焊枪和B材料焊枪设定间距值为δ捆绑设于横梁下方。

进一步的，所述A材料电弧引弧/熄弧系统连接A材料电弧电源系统，B材料电弧引弧/熄弧系统连接B材料电弧电源系统。

进一步的，所述A材料电弧引弧/熄弧系统和B材料电弧引弧/熄弧系统连接电弧跟踪系统。

进一步的，所述X向伺服电机、Y向伺服电机、Z向伺服电机组成3D运动系统。

进一步的，所述3D运动系统、A材料送丝系统、B材料送丝系统构成伺服系统。

本发明所采用的另一技术方案是，双金属复合材料电弧增材制造装置的增材制造方法，具体按照以下步骤进行：

步骤1、3D模型建模：首先使用三维制图软件进行双金属复合材料工件模型建模；

步骤2、分层切片：对双金属复合材料工件的3D模型进行分层切片，根据模型尺寸大小、精度要求、增材制造金属熔覆量计算切片厚度，切片按照平行于轴向(长度方向)等距水平切片，对模型切片自底层至最顶层；

步骤3、数据处理：分层切片数据传输给控制系统，控制系统通过设计的程序可对分层数据进行编译、运算和逻辑处理，进而判断每一层中A材料和B材料的区域面积，分别生成A材料和B材料的开关量指令信号和运动指令信号，其中开关量指令信号传递给可编程控制器，运动指令信号传递给伺服系统；

步骤4、对刀：根据数据处理判断结果给出的运动指令信号，驱使伺服系统控制工作台和A材料焊枪或者B材料焊枪进行对刀，使得A材料焊枪或者B材料焊枪对准工件增材制造起点位置，进行B材料焊枪对刀时，在A材料焊枪位置上，X向平移δ；

步骤5、送丝启动：当相应的焊枪对准工件增材制造到达起点位置时，伺服系统分别启动A材料送丝系统或B材料送丝系统；

步骤6、气体保护启动：送丝启动后，根据数据处理判断结果给出的开关指令信号，A材料增材制造启动或B材料增材制造启动，材料气体保护系统接收可编程控制器开关量指令信号，相应启动A材料气体保护系统或B材料气体保护系统；

步骤7、材料电弧电源系统启动：气体保护启动后，根据数据处理判断结果给出的开关指令信号，材料电弧电源系统接收可编程控制器开关量指令信号，启动相应的A材料电弧电源系统或B材料电弧电源系统；

步骤8、电弧引弧：材料电弧电源系统启动后，电弧引弧/熄弧系统接收可编程控制器开关量指令信号，相应的启动A材料电弧引弧/熄弧系统或B材料电弧引弧/熄弧系统；

步骤9、3D运动：电弧引弧后，根据数据处理判断结果给出的3D运动指令信号，伺服系统同时启动A材料焊枪或B材料焊枪的X向和Z向运动，工作台的Y向运动，实现增材制造的3D运动；

步骤10、电弧跟踪：电弧引弧后，启动电弧跟踪系统，以电弧或者焊枪相对于焊缝或者坡口中心位置偏差为检测量，以焊枪及电弧位移量为操作量，当焊枪或电弧对于焊缝或者坡口中心位置发生偏差时，电弧跟踪系统将自动检测出偏差并通过必要的放大后驱动伺服系统调整焊枪位置，使得电弧对准中心位置，从而确保增材制造过程中电弧按照预设路径行走；

步骤11、电弧熄弧：当电弧和3D运动启动后，增材制造随即开始，当完成该层A材料或者B材料该层单道电弧增材制造后，控制系统给出开关指令信号，控制A材料电弧引弧/熄弧系统或B材料电弧引弧/熄弧系统完成A材料电弧熄弧或B材料电弧熄弧；

步骤12、重复3-10步，直到该层双金属复合材料增材制造完毕；

步骤13、重复3-11步，直至完成整个双金属复合材料增材制造。

本发明所采用的另一技术方案是，双金属复合材料为Φ60mm×(10+2.5)mm×80mmL360/625管状，其增材制造具体按照以下步骤进行：

步骤1、3D模型建模：首先三维制图软件进行双金属复合材料工件模型建模，A材料为碳钢材料，B材料为625合金材料；

步骤2、分层切片：首先对3D模型进行分层切片，根据零件图精度要求来计算确定分层切片厚度，选择每层分层厚度2.5mm，分层24层，即将来增材制造厚度为2.5mm，第1层L1至第4层L4，均为A材料碳钢材料；第5层L5为A材料/B材料/A材料，即碳钢/625/碳钢；第6层L6至第19层L19，均为A材料/B材料和B材料/A材料，即碳钢/625和625/碳钢；第20层L20为A材料/B材料/A材料，即碳钢/625/碳钢；第21层L21至第24层L24，均为A材料碳钢材料；随即将分层数据包括每一层材料属性、几何尺寸信息传输给控制系统；

步骤3、数据处理：分层结果输送给控制系统，控制系统对分层数据进行编译、运算和逻辑处理；判断L1～L24每一层中材料种类及其区域面积，分别生成每一层A材料和B材料的开关量指令信号和运动指令信号，其中开关量指令信号传递给可编程控制器，运动指令信号传递给伺服系统，分别控制每层A材料或者B材料的增材制造顺序、规划路径参数，数据处理针对给出的每层材料加工顺序和规划路径，路径规划为回字形；

步骤4、对刀：根据分层计算和数据处理结果，得到第6层加工顺序为B，A1，A2，A3，A4，先对B材料焊枪进行对刀，B材料焊枪对准工件制造起点；

步骤5、B材料送丝系统启动：B材料焊枪对准起点后，根据分层计算和数据处理结果，伺服系统启动B材料送丝系统，送丝干伸长10mm，B材料焊丝端头距工件的距离为3mm；

步骤6、B材料气体保护系统启动：B材料送丝系统启动后，根据数据处理判断结果输出开关指令信号给可编程控制器，可编程控制器接收开关量指令信号，经过编译、逻辑判别和运算，再经过功率放大，启动B材料气体保护系统；

步骤7、B材料电弧电源系统启动：B材料气体保护系统启动后，根据数据处理判断结果输出开关指令信号给可编程控制器，可编程控制器接收开关量指令信号，经过编译、逻辑判别和运算，再经过功率放大，启动相应的B材料电弧电源系统；

步骤8、B材料电弧引弧：B电弧电源系统启动后，根据数据处理判断结果输出开关指令信号给可编程控制器，可编程控制器接收开关量指令信号，经过编译、逻辑判别和运算，再经过功率放大，启动B材料电弧增材制造；

步骤9、X-Y向运动：B材料电弧引弧后，根据数据处理判断结果输出3D运动指令信号给伺服系统，伺服系统同时启动B材料焊枪进行X向运动和工作台进行Y向运动，进而控制增材制造的X-Y向运动，控制B材料焊枪按照预设路径规划进行增材制造；

步骤10、运动测量：由测量系统对增材制造过程中3D运动实际位移量转化为电信号，反馈给控制系统，将反馈实际位移量和预设位移量进行比较测量，将测量结果反馈给控制系统，从而调整和控制伺服系统按照原设定值运动；

步骤11、电弧跟踪：电弧引弧后，启动电弧跟踪系统，以电弧或者焊枪相对于焊缝或者坡口中心位置偏差为检测量，以焊枪及电弧位移量为操作量，当焊枪或电弧对于焊缝或者坡口中心位置发生偏差时，电弧跟踪系统将自动检测出偏差并通过必要的放大后驱动伺服系统调整焊枪位置，使得电弧对准中心位置，从而确保增材制造过程中电弧按照预设路径行走，并且具有小的电弧电压和电流波动；

步骤12、B材料电弧熄弧：当B材料左侧预设宽度的增材制造，制造长度80mm，完成后，根据分层计算和数据处理结果，启动B材料电弧引弧/熄弧系统，拉长B材料电弧，直至熄弧，同时缩短干伸长不超过5mm；

步骤13、B材料右侧区域增材制造，当B材料左侧预设宽度的增材制造完成后，B材料焊枪平移至右侧区域，重复上述步骤4-12，完成B材料右侧预设宽度的增材制造；

步骤14、A材料增材制造启动：完成该层B材料左右两侧区域预设宽度的增材制造后，启动A材料增材制造，制造顺序为先左再右，由内及外，“回”字形增材制造，先后分别完成该层A1，A2，A3，A4制造，先后执行上述步骤4-13工序，经过对刀、A材料送丝系统启动、A材料气体保护系统启动、电弧电源启动、电弧引弧、X-Y向运动、运动测量、电弧轨迹跟踪、电弧熄弧工序，完成A1左侧增材制造，再以回字形平移完成A1右侧增材制造，以此类推，回字形轨迹运动，完成A2、A3、A4增材制造；

步骤15、重复步骤4-14，完成第7层双金属复合材料增材制造；

步骤16、以此类推，完成每一层双金属复合材料增材制造，直至完成整个工件的双金属复合材料增材制造。

进一步的，所述A材料送丝系统所送焊丝牌号为H08C，焊接电流为100-200A，焊接电压为10-20V，焊丝直径为1.2mm，干伸长15-25mm，送丝速度为1-1.5m/min；

所述B材料送丝系统所送焊丝牌号为625，焊接电流为80-160A，焊接电压为5-15V，焊丝直径为1.2mm，干伸长15-25mm，送丝速度为1-1.5m/min；

所述A材料气体保护系统和B材料气体保护系统保护气体采用高纯度氩气Ar≥99.99％，气体流量设计为10-30L/min；

所述A材料增材宽度为5mm，熔合深度0.5-1.5mm，重叠量为50％，层间温度为250℃；

所述B材料增材宽度为5mm，熔合深度0.5-1.5mm，重叠量为0％，层间温度为100℃。

本发明的有益效果是：本发明的装置在增材制造的使用过程中工艺简便、便于操作、加工效率高、节省材料，能够同时实现两种金属复合材料增材制造，适用于双金属管材、双金属复合板、双金属复合弯管、双金属复合三通等，通过双焊枪设定固定间距值嵌入同一坐标体系，从而实现3D增材制造运动和控制，解决了双枪双坐标体系干扰以及双焊枪双横梁或者双焊枪单横梁独立运动时产生结构干涉和坐标体系干扰的问题；并且工艺流程短，投入设备少，所需场地小，适宜于批量生产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。

图1是本发明电弧增材制造装置逻辑连接图；

图2是本发明电弧增材制造装置机械部分结构示意图；

图3是本发明实施例中双金属复合材料工件模型结构示意图；

图4是本发明实施例中双金属复合材料工件模型切片示意图；

图5是本发明实施例中第6层材料加工流程示意图；

图6是本发明双金属增材制造路线图；

图7是本发明示例第6层增材制造示意图。

图中，1、Y向伺服电机，2、工作台，3、工件，4、A材料送丝系统，5、B材料送丝系统，6、A材料气体保护系统，7、B材料气体保护系统，8、X向伺服电机，9、A材料气体保护开关，10、A材料焊枪，11、B材料焊枪，12、B材料气体保护开关，13、支架，14、控制系统，15、Z向伺服电机，16、横梁，17、底座，18、测量系统，19、温度检测系统，20、B材料电弧引弧/熄弧系统，21、A材料电弧引弧/熄弧系统，22、垫板，23、3D建模模块，24、分层模块，25、阴极射线显像管，26、手动数据输入模块，27、可编程控制器，28、限位检测系统，29、电弧跟踪系统。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

双金属复合材料电弧增材制造装置，包括控制系统部分及机械部分，其控制系统部分结构如图1所示，包括3D建模模块23、分层模块24、阴极射线显像管25、手动数据输入模块26、控制系统14、可编程控制器27。

(1)3D建模模块23用于为设备提供3D模型建模，实现工件3D建模；

(2)分层模块24用于将3D建模模块23所建立模型进行分层计算、模拟分层以及切片分层，将3D模型转化为一定厚度的2D平面模型，将2D模型的关键点线面参数数字化，输送给控制系统14；

分层模块24运用的分层方法首先分析覆材材料厚度，依据电弧增材制造厚度范围1-3mm来确定分层层数以及每层厚度，对于厚度为3mm及其以下覆材，选择一层即可；如果为3-5mm选取2层。对基材材料，基材厚度T1，电弧增材制造厚度t₀范围为1-3mm，分层层数为计算依据下式：

L＝T1/t₀

从上式可得分层层数范围，考虑制造精度要求、增材效率、增材制造平整度、搭接比例等，优选t₀范围为2-2.5mm厚度，即为分层厚度，再进一步圆整出分层数量。

分层模块24对3D模型进行等厚分层，通过后续控制双金属的各自电弧参数、速度等，从而实现双金属增材制造达到等厚效果，进一步保证双金属复合材料电弧增材制造分层制造的均匀性和整体精度。

(3)阴极射线显像管25用于显示所建立3D模型、分层模型的外观、尺寸，同时显示各种运动参数、增材制造工艺参数；

(4)手动数据输入模块26用于将模型参数、电弧增材制造工艺参数手动输入到控制系统14，以便后续电弧增材制造计算和实施；

(5)控制系统14具有X向伺服驱动接口、Y向伺服驱动接口、Z向伺服驱动接口、4轴伺服驱动接口、5轴伺服驱动接口、可编程控制器接口。

X向伺服驱动接口通过X向伺服驱动模块连接X向伺服电机8，Y向伺服驱动接口通过Y向伺服驱动模块连接Y向伺服电机1，Z向伺服驱动接口通过Z向伺服驱动模块连接Z向伺服电机15，4轴伺服驱动接口连接A材料送丝系统4；5轴伺服驱动接口连接B材料送丝系统5；可编程控制器接口与可编程控制器27连接。

X向伺服电机8控制A材料焊枪10及B材料焊枪11左右移动，运动精度经测量系统18测量A材料焊枪10及B材料焊枪11的移动并反馈给控制系统14，运动限位检测系统28将运动极限位置经可编程控制器27反馈给控制系统14，

Y向伺服电机1控制工作台2前后移动，控制工作台2的运动精度经测量系统18测量并反馈给控制系统14，运动限位检测系统28将运动极限位置经可编程控制器27反馈给控制系统14。

Z向伺服电机15控制横梁16上下移动，运动精度经测量系统18测量横梁16的移动并反馈给控制系统14，运动限位检测系统28将运动极限位置经可编程控制器27反馈给控制系统14。

A材料送丝系统4控制A送丝步进电机，完成A材料焊丝送丝控制；B材料送丝系统5控制B送丝步进电机，完成B材料焊丝送丝控制。

限位检测系统28对焊枪左右移动、工作台2的前后移动以及横梁16的上下移动进行限位，限位检测系统28只限定运动极限位置。

(6)可编程控制器27通过I/O接口分别连接继电器板和A/D数模转换板，A/D数模转换板连接温度检测系统19。

继电器板连接A材料电弧引弧/熄弧系统21、B材料电弧引弧/熄弧系统20、A材料气体保护系统6以及B材料气体保护系统7。A材料电弧引弧/熄弧系统21控制A材料电弧引弧或熄弧；B材料电弧引弧/熄弧系统20控制B材料电弧引弧或熄弧。

A材料电弧引弧/熄弧系统21连接A材料电弧电源系统，B材料电弧引弧/熄弧系统20连接B材料电弧电源系统，A材料电弧引弧/熄弧系统21和B材料电弧引弧/熄弧系统20连接电弧跟踪系统29，经过可编程控制器27反馈给控制系统14。

双金属增材制造采用独立的电弧引弧/熄弧系统，能够对双金属电弧增材制造过程的电弧进行监控，控制电弧电压、电流稳定，保证增材制造材料冶金质量。

A材料电弧增材制造引弧方法是，首先启动A材料电弧电源系统，A材料电弧引弧/熄弧系统21和A材料送丝系统4相继启动，A送丝步进电机向下输送焊丝，当焊丝与工件接触瞬间，焊机焊接电源被短路，这时A材料电弧引弧/熄弧系统21通过继电器板启控，A送丝步进电机反向旋转，焊丝回抽，使焊丝脱离焊接工件3导致电弧引弧。完成A材料单层单道制造后，A材料送丝系统4控制反向抽丝，拉长电弧直至电弧熄灭，从而控制A材料熄弧。

同理，实现B材料电弧增材制造引弧和熄弧。

A材料气体保护系统6，控制A材料保护气体接通或断开；B材料气体保护系统7，控制B材料保护气体接通或断开。

温度检测系统19检测、记录和反馈电弧增材制造前工件3的制造层表面温度、层间温度。

X向伺服电机8、Y向伺服电机1、Z向伺服电机15组成3D运动系统；3D运动系统控制焊枪X向运动、控制工作台2的Y向运动以及横梁16的Z向运动，水平方向即X-Y运动系统运动范围为1000mm×1000mm，竖直方向即Z向上下移动范围为500mm。传动精度应不低于0.01mm。

测量系统18是通过感应同步器、光栅、磁栅等测量装置来进行测量运动精度的，将3D运动系统中的实际位移量转化为电信号，反馈给控制系统14，将反馈回来的实际位移量值同设定值进行比较，控制X向伺服电机8、Y向伺服电机1、Z向伺服电机15、A材料送丝系统4、B材料送丝系统5按照原设定值运动。3D运动系统、A材料送丝系统4、B材料送丝系统5构成了本文的伺服系统。

机械部分结构如图2所示，包括：底座17上设有Y向伺服电机1和工作台2，工作台2前方设有Y向伺服电机1，工作台2上设有垫板22，垫板22上设有工件3，底座17与支架13相连接，支架13与横梁16相连接，横梁16设于工件3上方，横梁16上设有温度检测系统19，横梁16上设有X向伺服电机8，A材料焊枪10和B材料焊枪11设于横梁16下方，A材料焊枪10设有A材料气体保护开关9，A材料焊枪10通过管路与A材料气体保护系统6连接，A材料焊枪10与A材料送丝系统4相连接，A材料焊枪10下方设有A材料电弧引弧/熄弧系统21，B材料焊枪11设有B材料气体保护开关12，B材料焊枪11通过管路与B材料气体保护系统7连接，B材料焊枪11与B材料送丝系统5相连接，B材料焊枪11下方设有B材料电弧引弧/熄弧系统20，支架13设有Z向伺服电机15，测量系统18设于横梁16和工作台2上，A材料电弧引弧/熄弧系统21和B材料电弧引弧/熄弧系统20均与电弧跟踪系统29相连，电弧跟踪系统29通过导线与可编程控制器27相连，测量系统18通过导线与控制系统14相连。

横梁16安装在支架13上，支撑和带动A材料焊枪10和B材料焊枪11，A材料焊枪10和B材料焊枪11设定间距值为δ捆绑设于横梁16下方，X向伺服电机8驱动A材料焊枪10和B材料焊枪11在横梁16上发生X向运动；Z向伺服电机15安装在支架13上，驱动横梁16带动A材料焊枪10和B材料焊枪11发生Z向运动；测量系统18用来测量X、Y、Z向运动位移量，并将结果反馈给控制系统14。

A材料送丝系统4和B材料送丝系统5分别为A材料电弧增材制造和B材料电弧增材制造提供丝材，从A材料焊枪10和B材料焊枪11出丝，并在伺服系统指令下实现送丝和抽丝运动；A材料气体保护系统6为A材料电弧增材制造提供保护气体，通过管路输送到A材料焊枪10上；B材料气体保护系统7为B材料电弧增材制造提供保护气体，通过管路输送到B材料焊枪11上。

A材料气体保护开关9安装在A材料焊枪10上，在可编程控制器27指令下启闭A材料气体保护系统6，A材料焊枪10启弧时将A材料焊丝和A材料保护气体引出；B材料气体保护开关12安装在B材料焊枪11上，在可编程控制器27指令下启闭B材料气体保护系统7，B材料焊枪11启弧时将B材料焊丝和B材料保护气体引出；

A材料焊枪10和B材料焊枪11设定间距值为δ，双焊枪捆绑设于横梁16下方，设计的双焊枪系统，能够同步运动，分别实现异种材料增材制造，解决了采用单焊枪系统实现双金属增材制造频繁更换材料、保护气体、参数调整的问题；同时，通过双焊枪设定固定间距值嵌入同一坐标体系，从而实现3D增材制造运动和控制，解决了双枪双坐标体系干扰的问题；此外，设计双焊枪同一横梁上同步捆绑运动，解决了双焊枪双横梁或者双焊枪单横梁独立运动时产生结构干涉和坐标体系干扰的问题。

温度检测系统19用来检测、记录和反馈电弧增材制造前工件3的制造层表面温度、层间温度，在每一层、每一道电弧增材制造启动前将层间温度反馈给控制系统14，如果小于或等于预设层间温度范围，启弧增材制造；如果高于预设层间温度范围，不启弧，等待，间隔30秒再次测量反馈，直到温度小于或等于预设层间温度范围，再启弧增材制造。

垫板22为电弧增材制造首层制造金属提供垫板，完成增材制造后切除垫板22。

独立设计A材料送丝系统4和B材料送丝系统5，焊丝送丝速度独立可调，能够实现双金属的同步增材制造。每个焊丝嘴都通以保护气体，保护气体采用高纯度氩气Ar≥99.99％，气体流量设计为10-30L/min，以来隔离电弧和空气，减少合金元素氧化，提高焊缝熔池质量，从而提高增材制造质量，保护气选择大流量不仅能防止增材制造熔池冶金成分氧化，而且通过空气对流加快熔池凝固和散热。

限位检测系统28只检测工件或工作台X、Y、Z三向运动，限位检测系统28分别安装在三向运动导轨上。

采用上述一种双金属复合材料电弧增材制造装置进行增材制造的方法，方法针对双金属复合管的增材制造，具体按照以下步骤进行：

步骤1、3D模型建模：首先使用三维制图软件进行双金属复合材料工件模型建模；

步骤2、分层切片：对双金属复合材料工件的3D模型进行分层切片，根据模型尺寸大小、精度要求、增材制造金属熔覆量计算切片厚度，切片按照平行于轴向(长度方向)等距水平切片。对模型切片自底层至最顶层，如图4所示，增材制造经过如下材料区域：(1)A材料纯基材增材，(2)A材料/B材料/A材料复合增材制造，(3)A材料纯材制造阶段；

步骤3、数据处理：分层切片数据传输给控制系统14，控制系统14通过设计的程序可对分层数据进行编译、运算和逻辑处理，进而判断每一层中A材料和B材料的区域面积，分别生成A材料和B材料的开关量指令信号和运动指令信号，其中开关量指令信号传递给可编程控制器27，运动指令信号传递给伺服系统；

步骤4、对刀：根据数据处理判断结果给出的运动指令信号，驱使伺服系统控制工作台2和A材料焊枪10或者B材料焊枪11进行对刀，使得A材料焊枪10或者B材料焊枪11对准工件3增材制造起点位置，进行B材料焊枪11对刀时，在A材料焊枪10位置上，X向平移δ；

步骤5、送丝启动：当相应的焊枪对准工件3增材制造到达起点位置时，伺服系统分别启动A材料送丝系统4或B材料送丝系统5；

步骤6、气体保护启动：送丝启动后，根据数据处理判断结果给出的开关指令信号，A材料增材制造启动或B材料增材制造启动，材料气体保护系统接收可编程控制器27开关量指令信号，相应启动A材料气体保护系统6或B材料气体保护系统7；

步骤7、材料电弧电源系统启动：气体保护启动后，根据数据处理判断结果给出的开关指令信号，材料电弧电源系统接收可编程控制器27开关量指令信号，启动相应的A材料电弧电源系统或B材料电弧电源系统；

步骤8、电弧引弧：材料电弧电源系统启动后，电弧引弧/熄弧系统接收可编程控制器27开关量指令信号，相应的启动A材料电弧引弧/熄弧系统21或B材料电弧引弧/熄弧系统20；

步骤9、3D运动：电弧引弧后，根据数据处理判断结果给出的3D运动指令信号，伺服系统同时启动A材料焊枪10或B材料焊枪11的X向和Z向运动，工作台2的Y向运动，实现增材制造的3D运动；

步骤10、电弧跟踪：电弧引弧后，启动电弧跟踪系统29，以电弧或者焊枪相对于焊缝或者坡口中心位置偏差为检测量，以焊枪及电弧位移量为操作量。当焊枪或电弧对于焊缝或者坡口中心位置发生偏差时，电弧跟踪系统29将自动检测出偏差并通过必要的放大后驱动伺服系统调整焊枪位置，使得电弧对准中心位置，从而确保增材制造过程中电弧按照预设路径行走；

步骤11、电弧熄弧：当电弧和3D运动启动后，增材制造随即开始，当完成该层A材料或者B材料该层单道电弧增材制造后，控制系统14给出开关指令信号，控制A材料电弧引弧/熄弧系统21或B材料电弧引弧/熄弧系统20完成A材料电弧熄弧或B材料电弧熄弧；

步骤12、重复3-10步，直到该层双金属复合材料增材制造完毕；

步骤13、重复3-11步，直至完成整个双金属复合材料增材制造。

启弧制造过程中，首先调节制造起始原点，根据模型每层切片壁厚范围内材料判断增材制造范围，若是基材，则A材料焊丝送丝启弧，实施基材制造；若是制造覆材，则B材料焊丝送丝启弧，实施覆材制造，直至本层所有基材或者覆材增材制造完成后自动熄弧，再定位回到下一层，再启弧制造，完成本层制造，以此类推，直至完成整个双金属管体增材制造。双金属复合板、双金属复合弯管、双金属复合三通等因形状不同而造成步骤2分层切片的工艺顺序不同，其他步骤如同双金属管材的制造方法。

实施例

以电弧增材制造双金属复合管Φ60mm×(10+2.5)mm×80mm L360/625为案例，如图3所示，举例说明双金属复合材料电弧增材制造具体实施步骤：

选择H08C焊丝为弧焊增材基材制造用焊丝，焊丝直径为1.2mm。

弧焊增材覆材焊丝选用UNS N06625(ERNiCrMo-3)，焊丝直径为1.2mm。

1、3D建模：首先三维制图软件进行双金属复合材料工件模型建模，A材料为碳钢材料，B材料为625合金材料；

2、分层切片：首先对3D模型进行分层切片，根据零件图精度要求来计算确定分层切片厚度，选择每层分层厚度2.5mm，分层24层，即将来增材制造厚度为2.5mm，第1层L1至第4层L4，均为A材料碳钢材料；第5层L5为A材料/B材料/A材料，即碳钢/625/碳钢；第6层L6至第19层L19，均为A材料/B材料和B材料/A材料，即碳钢/625和625/碳钢；第20层L20为A材料/B材料/A材料，即碳钢/625/碳钢；第21层L21至第24层L24，均为A材料碳钢材料；随即将分层数据包括每一层材料属性、几何尺寸信息传输给控制系统14，双金属复合材料工件模型切片示意图如图4所示，分层结果及材料属性见表1；

表1分层结果及材料属性

3、数据处理：分层结果输送给控制系统14，控制系统14对分层数据进行编译、运算和逻辑处理；判断L1～L24每一层中材料种类及其区域面积，分别生成每一层A材料和B材料的开关量指令信号和运动指令信号，其中开关量指令信号传递给可编程控制器27，运动指令信号传递给伺服系统，分别控制每层A材料或者B材料的增材制造顺序、规划路径参数，数据处理针对该举例给出的每层材料加工顺序和规划路径如表2，路径规划为回字形，如图6所示；

表2双金属复合材料各层材料加工顺序和规划路径

工艺设计，既有基材和覆材区域时候，先进行覆材B材料增材制造，再进行基材材料增材制造。先进行B材料不锈钢增材制造即采用单层单道完成，即B1完成覆材制造；基体材料A材料采用4单层四道焊接完成，电弧增材制造基材时基材第一道A1焊枪中心沿着B1与基材界面交界线制造，A1完成后，启动第二道A2，A2焊枪中心沿着A1与基材界面交界线制造，以此类推，直至第四道A4完成本层基材制造；

先覆材后基材制造，覆材B1增材成型后，增材宽度为5mm，增材厚度为2.5mm，实施基材第一道A1制造时，A1重叠覆材50％，覆材B1仍有半个宽度，即2.5mm，保持原有覆材增材成型结果，未参与A1电弧增材制造的熔池熔化和稀释，从而保证覆材合金成分要求。但是，如果先基材后覆材制造，最后一道覆材增材制造熔池是覆材丝材和基材金属电弧反应形成，覆材合金成分被彻底稀释，从而合金元素百分含量降低，不能保证既有的耐蚀等功能要求。同时按照回字形循环制造，利于热量扩散，防止熔池结晶高温长时间停留而导致晶粒长大，从而降低材料强韧性，增材制造示意图如图7所示；

下面以第6层为例来举例说明该层增材制造实现过程，该层包含了双金属复合材料，而且中间不连续有隔离，如图5所示，左右两侧分别为碳钢/625和625/碳钢材料，

4、对刀：根据分层计算和数据处理结果，得到第6层加工顺序为B，A1，A2，A3，A4，先对B材料焊枪进行对刀，B材料焊枪对准工件3制造起点；

5、B材料送丝系统5启动：B材料焊枪对准起点后，根据分层计算和数据处理结果，伺服系统启动B材料送丝系统5，送丝干伸长10mm，B材料焊丝端头距工件3的距离为3mm；

6、B材料气体保护系统7启动：B材料送丝系统5启动后，根据数据处理判断结果输出开关指令信号给可编程控制器27，可编程控制器27接收开关量指令信号，经过编译、逻辑判别和运算，再经过功率放大，启动B材料气体保护系统7；

7、B材料电弧电源系统启动：B材料气体保护系统7启动后，根据数据处理判断结果输出开关指令信号给可编程控制器27，可编程控制器27接收开关量指令信号，经过编译、逻辑判别和运算，再经过功率放大，启动相应的B材料电弧电源系统；

8、B材料电弧引弧：B电弧电源系统启动后，根据数据处理判断结果输出开关指令信号给可编程控制器27，可编程控制器27接收开关量指令信号，经过编译、逻辑判别和运算，再经过功率放大，启动B材料电弧增材制造；

9、X-Y向运动：B材料电弧引弧后，根据数据处理判断结果输出3D运动指令信号给伺服系统，伺服系统同时启动B材料焊枪11进行X向运动和工作台2进行Y向运动，进而控制增材制造的X-Y向运动，控制B材料焊枪11按照预设路径规划进行增材制造；

10、运动测量：由测量系统18对增材制造过程中3D运动实际位移量转化为电信号，反馈给控制系统14，将反馈实际位移量和预设位移量进行比较测量，将测量结果反馈给控制系统14，从而调整和控制伺服系统按照原设定值运动；

11、电弧跟踪：电弧引弧后，启动电弧跟踪系统29，以电弧或者焊枪相对于焊缝或者坡口中心位置偏差为检测量，以焊枪及电弧位移量为操作量。当焊枪或电弧对于焊缝或者坡口中心位置发生偏差时，电弧跟踪系统29将自动检测出偏差并通过必要的放大后驱动伺服系统调整焊枪位置，使得电弧对准中心位置，从而确保增材制造过程中电弧按照预设路径行走，并且具有小的电弧电压和电流波动；

12、B材料电弧熄弧：当B材料左侧预设宽度的增材制造，制造长度80mm，完成后，根据分层计算和数据处理结果，启动B材料电弧引弧/熄弧系统20，拉长B材料电弧，直至熄弧，同时缩短干伸长不超过5mm；

13、B材料右侧区域增材制造，当B材料左侧预设宽度的增材制造完成后，B材料焊枪平移至右侧区域，重复上述步骤4-12，完成B材料右侧预设宽度的增材制造；

14、A材料增材制造启动：完成该层B材料左右两侧区域预设宽度的增材制造后，启动A材料增材制造，制造顺序为先左再右，由内及外，“回”字形增材制造，先后分别完成该层A1，A2，A3，A4制造。以A1为例，先后执行上述步骤4-13工序，经过对刀、A材料送丝系统4启动、A材料气体保护系统6启动、电弧电源启动、电弧引弧、X-Y向运动、运动测量、电弧轨迹跟踪、电弧熄弧工序，完成A1左侧增材制造，再以回字形平移完成A1右侧增材制造。以此类推，回字形轨迹运动，完成A2、A3、A4增材制造；

15、重复步骤4-14，完成第7层双金属复合材料增材制造；

16、以此类推，完成每一层双金属复合材料增材制造，直至完成整个工件3的双金属复合材料增材制造。

本文碳钢、不锈钢双金属增材制造的宽焊缝即增材宽度，通过降低热输入、降低送丝速度，降低焊接速度，调节控制大电压小电流等参数来实现宽焊缝浅熔深。浅熔深扁平式电弧增材制造工艺，不仅提高电弧增材制造的效率，还降低了热输入，从而降低了电弧增材制造时复合材料的层间温度，确保增材制造的效率和质量。

基材增材制造工艺见表3，基材增材制造成材工艺参数见表4，覆材增材制造工艺见表5，覆材增材制造成材工艺参数见表6。

表3基材增材制造电弧工艺参数表

表4基材增材制造成材工艺参数

表5覆材增材制造工艺参数表

表6覆材增材制造成材工艺参数

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.双金属复合材料电弧增材制造装置，其特征在于，由控制系统部分和机械部分组成；

所述控制系统部分由3D建模模块(23)、分层模块(24)、阴极射线显像管(25)、手动数据输入模块(26)、控制系统(14)、可编程控制器(27)组成；3D建模模块(23)与分层模块(24)信号连接，分层模块(24)、阴极射线显像管(25)、手动数据输入模块(26)、可编程控制器(27)分别与控制系统(14)连接；

所述控制系统(14)具有X向伺服驱动接口、Y向伺服驱动接口、Z向伺服驱动接口、4轴伺服驱动接口、5轴伺服驱动接口、可编程控制器接口；

所述可编程控制器(27)通过I/O接口分别连接继电器板和A/D数模转换板，A/D数模转换板连接温度检测系统(19)；

所述机械部分包括底座(17)，底座(17)上设有Y向伺服电机(1)和工作台(2)，工作台(2)前方设Y向伺服电机(1)，工作台(2)上设有垫板(22)，垫板(22)上设有工件(3)，底座(17)与支架(13)相连接，支架(13)与横梁(16)相连接，横梁(16)设于工件(3)上方，横梁(16)上设有温度检测系统(19)，横梁(16)上设有X向伺服电机(8)，A材料焊枪(10)和B材料焊枪(11)设于横梁(16)下方，A材料焊枪(10)设有A材料气体保护开关(9)，A材料焊枪(10)通过管路与A材料气体保护系统(6)连接，A材料焊枪(10)与A材料送丝系统(4)相连接，A材料焊枪(10)下方设有A材料电弧引弧/熄弧系统(21)，B材料焊枪(11)设有B材料气体保护开关(12)，B材料焊枪(11)通过管路与B材料气体保护系统(7)连接，B材料焊枪(11)与B材料送丝系统(5)相连接，B材料焊枪(11)下方设有B材料电弧引弧/熄弧系统(20)，支架(13)设有Z向伺服电机(15)，测量系统(18)设于横梁(16)和工作台(2)上，A材料电弧引弧/熄弧系统(21)和B材料电弧引弧/熄弧系统(20)均与电弧跟踪系统(29)相连，电弧跟踪系统(29)通过导线与可编程控制器(27)相连，测量系统(18)通过导线与控制系统(14)相连。

2.根据权利要求1所述的双金属复合材料电弧增材制造装置，其特征在于，所述A材料焊枪(10)和B材料焊枪(11)设定间距值为δ捆绑设于横梁(16)下方。

3.根据权利要求1所述的双金属复合材料电弧增材制造装置，其特征在于，所述A材料电弧引弧/熄弧系统(21)连接A材料电弧电源系统，B材料电弧引弧/熄弧系统(20)连接B材料电弧电源系统。

4.根据权利要求1所述的双金属复合材料电弧增材制造装置，其特征在于，所述A材料电弧引弧/熄弧系统(21)和B材料电弧引弧/熄弧系统(20)连接电弧跟踪系统(29)。

5.根据权利要求1所述的双金属复合材料电弧增材制造装置，其特征在于，所述X向伺服电机(8)、Y向伺服电机(1)、Z向伺服电机(15)组成3D运动系统。

6.根据权利要求5所述的双金属复合材料电弧增材制造装置，其特征在于，所述3D运动系统、A材料送丝系统(4)、B材料送丝系统(5)构成伺服系统。

7.一种如权利要求1-6任何一项所述的双金属复合材料电弧增材制造装置的增材制造方法，其特征在于，具体按照以下步骤进行：

步骤1、3D模型建模：首先使用三维制图软件进行双金属复合材料工件模型建模；

步骤2、分层切片：对双金属复合材料工件的3D模型进行分层切片，根据模型尺寸大小、精度要求、增材制造金属熔覆量计算切片厚度，切片按照平行于轴向等距水平切片，对模型切片自底层至最顶层；

步骤3、数据处理：分层切片数据传输给控制系统(14)，控制系统(14)通过设计的程序可对分层数据进行编译、运算和逻辑处理，进而判断每一层中A材料和B材料的区域面积，分别生成A材料和B材料的开关量指令信号和运动指令信号，其中开关量指令信号传递给可编程控制器(27)，运动指令信号传递给伺服系统；

步骤4、对刀：根据数据处理判断结果给出的运动指令信号，驱使伺服系统控制工作台(2)和A材料焊枪(10)或者B材料焊枪(11)进行对刀，使得A材料焊枪(10)或者B材料焊枪(11)对准工件(3)增材制造起点位置，进行B材料焊枪(11)对刀时，在A材料焊枪(10)位置上，X向平移δ；

步骤5、送丝启动：当相应的焊枪对准工件(3)增材制造到达起点位置时，伺服系统分别启动A材料送丝系统(4)或B材料送丝系统(5)；

步骤6、气体保护启动：送丝启动后，根据数据处理判断结果给出的开关指令信号，A材料增材制造启动或B材料增材制造启动，材料气体保护系统接收可编程控制器(27)开关量指令信号，相应启动A材料气体保护系统(6)或B材料气体保护系统(7)；

步骤7、材料电弧电源系统启动：气体保护启动后，根据数据处理判断结果给出的开关指令信号，材料电弧电源系统接收可编程控制器(27)开关量指令信号，启动相应的A材料电弧电源系统或B材料电弧电源系统；

步骤8、电弧引弧：材料电弧电源系统启动后，电弧引弧/熄弧系统接收可编程控制器(27)开关量指令信号，相应的启动A材料电弧引弧/熄弧系统(21)或B材料电弧引弧/熄弧系统(20)；

步骤9、3D运动：电弧引弧后，根据数据处理判断结果给出的3D运动指令信号，伺服系统同时启动A材料焊枪(10)或B材料焊枪(11)的X向和Z向运动，工作台(2)的Y向运动，实现增材制造的3D运动；

步骤10、电弧跟踪：电弧引弧后，启动电弧跟踪系统(29)，以电弧或者焊枪相对于焊缝或者坡口中心位置偏差为检测量，以焊枪及电弧位移量为操作量，当焊枪或电弧对于焊缝或者坡口中心位置发生偏差时，电弧跟踪系统(29)将自动检测出偏差并通过必要的放大后驱动伺服系统调整焊枪位置，使得电弧对准中心位置，从而确保增材制造过程中电弧按照预设路径行走；

步骤11、电弧熄弧：当电弧和3D运动启动后，增材制造随即开始，当完成该层A材料或者B材料该层单道电弧增材制造后，控制系统(14)给出开关指令信号，控制A材料电弧引弧/熄弧系统(21)或B材料电弧引弧/熄弧系统(20)完成A材料电弧熄弧或B材料电弧熄弧；

步骤12、重复3-10步，直到该层双金属复合材料增材制造完毕；

步骤13、重复3-11步，直至完成整个双金属复合材料增材制造。

8.一种如权利要求1-6任何一项所述的双金属复合材料电弧增材制造装置的增材制造方法，其特征在于，所述双金属复合材料为：Φ60mm×(10+2.5)mm×80mm L360/625管状，其增材制造具体按照以下步骤进行：

步骤1、3D模型建模：首先三维制图软件进行双金属复合材料工件模型建模，A材料为碳钢材料，B材料为625合金材料；

步骤2、分层切片：首先对3D模型进行分层切片，根据零件图精度要求来计算确定分层切片厚度，选择每层分层厚度2.5mm，分层24层，即将来增材制造厚度为2.5mm，第1层L1至第4层L4，均为A材料碳钢材料；第5层L5为A材料/B材料/A材料，即碳钢/625/碳钢；第6层L6至第19层L19，均为A材料/B材料和B材料/A材料，即碳钢/625和625/碳钢；第20层L20为A材料/B材料/A材料，即碳钢/625/碳钢；第21层L21至第24层L24，均为A材料碳钢材料；随即将分层数据包括每一层材料属性、几何尺寸信息传输给控制系统(14)；

步骤3、数据处理：分层结果输送给控制系统(14)，控制系统(14)对分层数据进行编译、运算和逻辑处理；判断L1～L24每一层中材料种类及其区域面积，分别生成每一层A材料和B材料的开关量指令信号和运动指令信号，其中开关量指令信号传递给可编程控制器(27)，运动指令信号传递给伺服系统，分别控制每层A材料或者B材料的增材制造顺序、规划路径参数，数据处理针对给出的每层材料加工顺序和规划路径，路径规划为回字形；

步骤4、对刀：根据分层计算和数据处理结果，得到第6层加工顺序为B，A1，A2，A3，A4，先对B材料焊枪进行对刀，B材料焊枪对准工件(3)制造起点；

步骤5、B材料送丝系统(5)启动：B材料焊枪对准起点后，根据分层计算和数据处理结果，伺服系统启动B材料送丝系统(5)，送丝干伸长10mm，B材料焊丝端头距工件(3)的距离为3mm；

步骤6、B材料气体保护系统(7)启动：B材料送丝系统(5)启动后，根据数据处理判断结果输出开关指令信号给可编程控制器(27)，可编程控制器(27)接收开关量指令信号，经过编译、逻辑判别和运算，再经过功率放大，启动B材料气体保护系统(7)；

步骤7、B材料电弧电源系统启动：B材料气体保护系统(7)启动后，根据数据处理判断结果输出开关指令信号给可编程控制器(27)，可编程控制器(27)接收开关量指令信号，经过编译、逻辑判别和运算，再经过功率放大，启动相应的B材料电弧电源系统；

步骤8、B材料电弧引弧：B电弧电源系统启动后，根据数据处理判断结果输出开关指令信号给可编程控制器(27)，可编程控制器(27)接收开关量指令信号，经过编译、逻辑判别和运算，再经过功率放大，启动B材料电弧增材制造；

步骤9、X-Y向运动：B材料电弧引弧后，根据数据处理判断结果输出3D运动指令信号给伺服系统，伺服系统同时启动B材料焊枪(11)进行X向运动和工作台(2)进行Y向运动，进而控制增材制造的X-Y向运动，控制B材料焊枪(11)按照预设路径规划进行增材制造；

步骤10、运动测量：由测量系统(18)对增材制造过程中3D运动实际位移量转化为电信号，反馈给控制系统(14)，将反馈实际位移量和预设位移量进行比较测量，将测量结果反馈给控制系统(14)，从而调整和控制伺服系统按照原设定值运动；

步骤11、电弧跟踪：电弧引弧后，启动电弧跟踪系统(29)，以电弧或者焊枪相对于焊缝或者坡口中心位置偏差为检测量，以焊枪及电弧位移量为操作量，当焊枪或电弧对于焊缝或者坡口中心位置发生偏差时，电弧跟踪系统(29)将自动检测出偏差并通过必要的放大后驱动伺服系统调整焊枪位置，使得电弧对准中心位置，从而确保增材制造过程中电弧按照预设路径行走，并且具有小的电弧电压和电流波动；

步骤12、B材料电弧熄弧：当B材料左侧预设宽度的增材制造，制造长度80mm，完成后，根据分层计算和数据处理结果，启动B材料电弧引弧/熄弧系统(20)，拉长B材料电弧，直至熄弧，同时缩短干伸长不超过5mm；

步骤13、B材料右侧区域增材制造，当B材料左侧预设宽度的增材制造完成后，B材料焊枪平移至右侧区域，重复上述步骤4-12，完成B材料右侧预设宽度的增材制造；

步骤14、A材料增材制造启动：完成该层B材料左右两侧区域预设宽度的增材制造后，启动A材料增材制造，制造顺序为先左再右，由内及外，“回”字形增材制造，先后分别完成该层A1，A2，A3，A4制造，先后执行上述步骤4-13工序，经过对刀、A材料送丝系统(4)启动、A材料气体保护系统(6)启动、电弧电源启动、电弧引弧、X-Y向运动、运动测量、电弧轨迹跟踪、电弧熄弧工序，完成A1左侧增材制造，再以回字形平移完成A1右侧增材制造，以此类推，回字形轨迹运动，完成A2、A3、A4增材制造；

步骤15、重复步骤4-14，完成第7层双金属复合材料增材制造；

步骤16、以此类推，完成每一层双金属复合材料增材制造，直至完成整个工件(3)的双金属复合材料增材制造。

9.根据权利要求8所述的双金属复合材料电弧增材制造装置的增材制造方法，其特征在于，所述A材料送丝系统(4)所送焊丝牌号为H08C，焊接电流为100-200A，焊接电压为10-20V，焊丝直径为1.2mm，干伸长15-25mm，送丝速度为1-1.5m/min；

所述B材料送丝系统(5)所送焊丝牌号为625，焊接电流为80-160A，焊接电压为5-15V，焊丝直径为1.2mm，干伸长15-25mm，送丝速度为1-1.5m/min；

所述A材料气体保护系统(6)和B材料气体保护系统(7)保护气体采用高纯度氩气Ar≥99.99％，气体流量设计为10-30L/min；

所述A材料增材宽度为5mm，熔合深度0.5-1.5mm，重叠量为50％，层间温度为250℃；

所述B材料增材宽度为5mm，熔合深度0.5-1.5mm，重叠量为0％，层间温度为100℃。