CN109530880A - 一种tig送丝电弧增材制造锤击方法和装置 - Google Patents
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Abstract
一种TIG送丝电弧增材制造锤击方法和装置，（1）、首先电弧增材制造在基体上通过程序控制以及机械臂的配合沉积金属，形成增材制造层；（2）、每形成一层增材制造层时，工作台冷却系统会对增材制造层降温；每完成一层增材制造过程，控制系统都会指令冷却循环系统开始工作，对增材制造层进行降温；（3）、温度传感器会时刻采集增材制造层的实时温度，当降温至一定值时，冷却循环系统关闭，同时控制系统会指令锤击系统按照程序对增材制造层进行锤击。本发明可提高增材制造零部件的致密度及细化晶粒，更好地服务于航空航天、医疗器械及其他高精端制造领域。另外，该种方法也是解决沉积态增材制造零部件的塑性及疲劳寿命不足的有效手段之一。
Description
技术领域
本发明涉及电弧增材制造领域的一种锤击方法和装置。
背景技术
TIG送丝电弧增材制造是通过钨极产生电弧来熔化基体及焊丝，进而形成熔池。电弧增材制造成本低及效率高，是大型复杂毛坯件的理想制造手段之一。但是，TIG电弧热源发散，能量密度低，所以在增材制造过程中热输入量比较大，增材制造过程成型性不好，同时也会产生较大的残余应力和变形量，给增材制造带来了一定的难度。TIG送丝电弧增材制造过程是一个逐层堆积的过程，随着增材制造时间的增加，成型件累积的热量越来越大，散热条件也越来越差，使增材制造过程的成型性变差。
发明内容
发明目的：
本发明提供一种TIG送丝电弧增材制造锤击方法和装置，其目的是解决以往所存在的问题。
技术方案：
一种TIG送丝电弧增材制造锤击方法，其特征在于：该方法步骤如下：
(1)、首先电弧增材制造在基体上通过程序控制以及机械臂的配合沉积金属，形成增材制造层；在这一过程中，程序控制系统通过特定软件将预先设置的堆积层扫描程序通过机械臂控制焊枪移动形成增材制造层；
(2)、每形成一层增材制造层时，工作台冷却系统会对增材制造层降温；每完成一层增材制造过程，控制系统都会指令冷却循环系统开始工作，对增材制造层进行降温；
(3)、温度传感器会时刻采集增材制造层的实时温度，当降温至一定值时，冷却循环系统关闭，同时控制系统会指令锤击系统按照程序对增材制造层进行锤击。
(3)步骤之后，重复上述步骤1)、2)和3)，这样增材制造层在每一层都降温至最适温度范围时，迅速进行锤击处理，最后形成了一个锤击处理的增材制造零部件。
(3步骤)过程中，当增材制造层温度降至某一特定范围，冷却循环系统将自动关闭，锤击系统开始按照程序指令对增材制造层进行锤击；某一特定范围为易塑性变形的温度区间。
在TIG送丝增材制造一层完成时，控制系统开启冷却循环系统，进行冷却；通过红外线温度传感器，实时采集增材制造层的温度，并把实时温度信号提供给控制系统。
(1)、每形成一层增材制造层时，冷却循环系统会对增材制造层冷却降温；这一过程TIG送丝电弧增材制造每完成一层，将信号提供给控制系统，指式冷却循环系统开始工作；
(2)、温度传感器会时刻采集增材制造层的实时温度，当降温至一定值时，冷却循环系统关闭，同时控制系统会指令锤击系统按照程序对增材制造层进行锤击；该过程中，当增材制造层温度降至易塑性变形的温度区时，冷却循环系统将自动关闭，锤击系统开始按照程序指令对增材制造层进行锤击。
实施上述的一种TIG送丝电弧增材制造锤击方法所专用的锤击装置，其特征在于：该装置包括工作台(9)、基板(8)、增材制造装置及控制系统、冷却循环装置及控制系统(3)、温度采集装置及控制系统、锤击装置及控制系统(5)；
冷却循环装置(3)(冷却循环装置是一个内部带有循环水道的铜板，铜板内部通过循环水的流动达到冷却效果)设置在工作台(9)上，基板(8)设置在冷却循环装置上，工作台(9)上或者工作台(9)上旁边设置有两个机械臂(6)，其中一个机械臂前端设置有锤击装置及控制系统(5)，靠近该锤击装置及控制系统(5)的部位设置有温度传感器(4)，另一个机械臂(6)的前端设置有TIG 焊枪(1)，两个机械臂(6)的前端使用时对应基板(8)；
冷却循环装置(3)、机械臂、温度传感器均连接至控制系统。
优点效果：
本发明提供了一种在电弧增材制造过程中提高零部件综合性能的锤击方法。此方法可以在最适的温度范围对TIG送丝电弧增材制造层进行锤击处理，以提高零部件的综合性能。锤击处理过程可以很好地去处残余应力、缩松、气孔及开裂等缺陷。
针对以往的问题，TIG送丝电弧增材制造过程温度的监控，充分保证了过程中每一环节的温度(熔池温度、锤击温度范围等)精准控制，以保证良好的增材制造成型；增材制造过程的锤击处理能够很好地减少残余应力、焊接缺陷及焊接变形。为了使增材制造过程中的热量能够及时散发掉，保证TIG送丝电弧增材制造过程的良好成型，所以在系统中增设了冷却循环系统。
综上，与传统的TIG电弧增材制造工艺不同，传统的工艺并没有对增材制造件在最适温度范围进行锤击处理。与传统的工艺相比，本发明不仅设计了一个精确的锤击装置，同时还在增材制造件最适的温度范围进行锤击，可有效地去处零部件残余应力及内部缺陷(裂纹、气孔、夹渣、未焊透)，同时可提高增材制造零部件的致密度及细化晶粒，使增材制造零部件的综合性能得到提高，以达到或超过锻件标准或铸件标准，更好地服务于航空航天、医疗器械及其他高精端制造领域。另外，该种方法也是解决沉积态增材制造零部件的塑性及疲劳寿命不足的有效手段之一。
附图说明
图1是本发明TIG送丝电弧增材制造锤击方法的流程图。
图2是本发明TIG送丝电弧增材制造锤击方法的装置结构示意图。
具体实施方式
本发明提供一种TIG送丝电弧增材制造锤击方法，该方法步骤如下：
1)首先电弧增材制造在基体上通过程序控制以及机械臂的配合沉积金属，形成增材制造层。在这一过程中，程序控制系统通过特定软件将预先设置的程序通过机械臂控制焊枪移动形成增材制造层；
2)每形成一层增材制造层时，工作台冷却系统会对增材制造层降温。每完成一层增材制造过程，控制系统都会指令冷却循环系统开始工作，对增材制造层进行降温。
3)温度传感器会时刻采集增材制造层的实时温度，当降温至一定值时，冷却循环系统关闭，同时控制系统会指令锤击系统按照程序对增材制造层进行锤击。该过程中，当增材制造层温度降至某一特定范围(一般为易塑性变形的温度区间)，冷却循环系统将自动关闭，锤击系统开始按照程序指令对增材制造层进行锤击。
4)重复上述步骤1)、2)和3)，这样增材制造层在每一层都降温至最适温度范围时，迅速进行锤击处理，最后形成了一个锤击处理的增材制造零部件；
在TIG送丝增材制造一层完成时，控制系统开启冷却循环系统，进行冷却。
通过红外线温度传感器(采集温度范围为50～3300℃)，实时采集增材制造层的温度，并把实时温度信号提供给控制系统。
锤击装置在工作台一侧，并通过机械臂的联动实现锤击处理过程。锤击装置的工作状态由温度传感器提供给控制系统来实现的。
另外:
1)每形成一层增材制造层时，冷却循环系统会对增材制造层冷却降温。这一过程TIG送丝电弧增材制造每完成一层，将信号提供给控制系统，指式冷却循环系统开始工作；
2)温度传感器会时刻采集增材制造层的实时温度，当降温至一定值时，冷却循环系统关闭，同时控制系统会指令锤击系统按照程序对增材制造层进行锤击。该过程中，当增材制造层温度降至某一特定范围(一般为易塑性变形的温度区间)，冷却循环系统将自动关闭，锤击系统开始按照程序指令对增材制造层进行锤击。
该方法的特点在于冷却循环系统在最恰当的时间段开启和关闭，整个过程是通过系统自动监测实现的。
本发明提供了一种TIG送丝电弧增材制造锤击方法的装置。该装置安装在工作台一侧，并通过机械臂的联动，实现锤击过程。通过冷却循环系统采集的温度控制其工作，提高了增材制造过程中零部件成型的效率以及稳定性。装置由工作台、基板、增材制造装置及控制系统、冷却循环装置及控制系统、温度采集装置及控制系统、锤击装置及控制系统等组成。该系统实现了机械化及自动化，精度高，零部件成型质量优于铸件，性能好，综合性能指标优于锻件标准。具体为：该装置包括工作台(9)、基板(8)、增材制造装置及控制系统、冷却循环装置及控制系统(3)、温度采集装置及控制系统、锤击装置及控制系统(5)；
冷却循环装置(3)(冷却循环装置是一个内部带有循环水道的铜板，铜板内部通过循环水的流动达到冷却效果)设置在工作台(9)上，基板(8)设置在冷却循环装置上，工作台(9)上或者工作台(9)上旁边设置有两个机械臂(6)，其中一个机械臂前端设置有锤击装置及控制系统(5)，靠近该锤击装置及控制系统(5)的部位设置有温度传感器(4)，另一个机械臂(6)的前端设置有TIG 焊枪(1)，两个机械臂(6)的前端使用时对应基板(8)；锤击装置安装在系统的一侧，锤击过程是通过机械臂的联动来实现的。图2中的7为焊丝。
冷却循环装置(3)、机械臂、温度传感器均连接至控制系统。本发明提供的冷却循环系统的装置，是通过提取温度信号来控制其工作状态。
该装置锤头端部采用了球形(Φ30mm),材料牌号为GH3652/GH625镍基高温合金(合金元素含量质量百分数为≤0.10％C、≤0.50％Si、≤0.50％Mn、≤0.015％P、≤0.015％S、≥20.0-23.0％Cr、≥8.0-10.0％Mo、≤0.07％Cu、≤0.40％Al、≤0.40％Ti、≤5.00％Fe、≤1.00％Co、≥Ni余量)，最高工作温度可达700℃，冲击压强范围为3～7Kgf/cm2，锤头的冲击频率范围为1～50Hz。其特征在于该装置由工作台、基板、增材制造装置及控制系统、冷却循环装置及控制系统、温度采集装置及控制系统、锤击装置及控制系统等组成。该系统实现了机械化及自动化，精度高，零部件成型质量优于铸件，性能好，综合性能指标优于锻件标准。
参照图1和图2，本发明对零部件的TIG电弧成型的锤击过程包括以下步骤：
1)通过增材制造控制系统控制TIG焊枪1移动，同时熔化焊丝沉积金属，形成增材制造层2；
2)冷却循环系统3开启，对零部件进行冷却降温；
3)通过温度传感器4采集实时温度，反馈至锤击装置5；
4)重复步骤1)、2)和3)，最终形成近净成型的零部件。
电弧增材制造在基体上通过程序控制以及机械臂6的配合运动沉积金属，形成增材制造层2。在这一过程中，程序控制系统通过特定软件将预先设置的程序通过机械臂6控制TIG焊枪1移动，形成增材制造层2。
每形成一层增材制造层时，底部冷却循环系统3会对增材制造层进行冷却降温。这一过程通过机械臂6控制系统每完成一层后，将信号反馈到控制系统，控制系统指令冷却循环系统3开使工作，对增材制造层2进行冷却降温。
温度传感器4会时刻采集增材制造层的实时温度，当降温至一定温度，冷却循环系统3关闭，同时控制系统会按照程序通过机械臂10的联动对增材制造层 2进行锤击。该过程中，通过冷却循环系统3采集到的实时温度将会反馈到下一程序即锤击系统5中，当温度降至某特定范围(一般为易塑性变形的温度区间)，冷却循环系统3自动关闭，锤击系统开始按照程序锤击一遍增材制造层。
Claims (6)
1.一种TIG送丝电弧增材制造锤击方法，其特征在于：该方法步骤如下：
(1)、首先电弧增材制造在基体上通过程序控制以及机械臂的配合沉积金属，形成增材制造层；在这一过程中，程序控制系统通过特定软件将预先设置的堆积层扫描程序通过机械臂控制焊枪移动形成增材制造层；
(2)、每形成一层增材制造层时，工作台冷却系统会对增材制造层降温；每完成一层增材制造过程，控制系统都会指令冷却循环系统开始工作，对增材制造层进行降温；
(3)、温度传感器会时刻采集增材制造层的实时温度，当降温至一定值时，冷却循环系统关闭，同时控制系统会指令锤击系统按照程序对增材制造层进行锤击。
2.根据权利要求1所述的一种TIG送丝电弧增材制造锤击方法，其特征在于：(3)步骤之后，重复上述步骤1)、2)和3)，这样增材制造层在每一层都降温至最适温度范围时，迅速进行锤击处理，最后形成了一个锤击处理的增材制造零部件。
3.根据权利要求1所述的一种TIG送丝电弧增材制造锤击方法，其特征在于：(3步骤)过程中，当增材制造层温度降至某一特定范围，冷却循环系统将自动关闭，锤击系统开始按照程序指令对增材制造层进行锤击；某一特定范围为易塑性变形的温度区间。
4.根据权利要求1所述的一种TIG送丝电弧增材制造锤击方法，其特征在于：在TIG送丝增材制造一层完成时，控制系统开启冷却循环系统，进行冷却；通过红外线温度传感器，实时采集增材制造层的温度，并把实时温度信号提供给控制系统。
5.根据权利要求4所述的一种TIG送丝电弧增材制造锤击方法，其特征在于：
(1)、每形成一层增材制造层时，冷却循环系统会对增材制造层冷却降温；这一过程TIG送丝电弧增材制造每完成一层，将信号提供给控制系统，指式冷却循环系统开始工作；
(2)、温度传感器会时刻采集增材制造层的实时温度，当降温至一定值时，冷却循环系统关闭，同时控制系统会指令锤击系统按照程序对增材制造层进行锤击；该过程中，当增材制造层温度降至易塑性变形的温度区时，冷却循环系统将自动关闭，锤击系统开始按照程序指令对增材制造层进行锤击。
6.实施权利要求1所述的一种TIG送丝电弧增材制造锤击方法所专用的锤击装置，其特征在于：该装置包括工作台(9)、基板(8)、增材制造装置及控制系统、冷却循环装置及控制系统(3)、温度采集装置及控制系统、锤击装置及控制系统(5)；
冷却循环装置(3)设置在工作台(9)上，基板(8)设置在冷却循环装置上，工作台(9)上或者工作台(9)上旁边设置有两个机械臂(6)，其中一个机械臂前端设置有锤击装置及控制系统(5)，靠近该锤击装置及控制系统(5)的部位设置有温度传感器(4)，另一个机械臂(6)的前端设置有TIG焊枪(1)，两个机械臂(6)的前端使用时对应基板(8)；
冷却循环装置(3)、机械臂、温度传感器均连接至控制系统。
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