CN109623098A - 一种mig-tig复合增材方法 - Google Patents

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周琦
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Abstract

本发明公开一种MIG‑TIG复合增材方法,包括具体步骤为:利用CAD进行模型建立,由计算机自动生成增材轨迹;接通电源,安装清理基板,打开水冷装置,交替使用MIG、TIG增材方法在基板上进行增材制造,且每一层MIG焊增材完后均由TIG焊进行不填丝重熔加工,减小增材缺陷。本发明充分利用两种增材方式的优点,在提高增材效率的同时也提高增材精度。从而实现高效率、高精度的电弧增材制造。

Description

一种MIG-TIG复合增材方法
技术领域
本发明涉及增材制造技术领域,尤其涉及一种MIG-TIG复合增材方法。
背景技术
增材制造技术是根据CAD/CAM设计,采用逐层累积的方法制造实体零件的技术,相对于传统的减材制造(切削加工)技术,是一种材料累积的制造方法,金属材料的增材制造过程一般使用的热源有髙能束流和电弧。
电弧增材制造技术主要将焊接电弧作为热源,金属焊丝作为增材材料,电弧产生的热量将焊丝熔化,然后按预设的增材路径在选定的基板上由下而上层层堆积,直至完成增材制造。电弧增材制造根据热源分类可分为:MIG增材、TIG增材、CMT增材、等离子增材等方式。其中不同的增材方式精度与效率不同。
2017年由南京理工大学王克鸿、钱美霞、周琦等人申请的公布号为CN 108115282A的发明专利一种电弧-激光复合式机器人增材制造系统构想了一种电弧-激光复合式机器人增材制造系统;利用电弧作为热源熔化焊丝进行增材,但电弧的精度较低,增材过后的表面不平整,再利用激光焊枪对其每层表面的缺陷都进行增材填补;充分利用两种热源的优势进行互补,最终得到成形质量好、精度高且成本相对来说较低的增材制品。
2017年由哈尔滨工业大学周利、于明润、蒋智华等人申请的公布号为CN107812944 A的发明专利一种电子束-搅拌摩擦复合增材制造方法构想了一种电子束-搅拌摩擦复合增材制造方法;通过在电子束增材制造加工完一层后,采用选区搅拌摩擦加工的方法,对该层材料进行加工改性,以获得优良组织。
发明内容
针对现有电弧增材技术的不足,本发明提供一种MIG-TIG复合增材方法。
为实现上述目的,本发明提供一种MIG-TIG复合增材方法,包括如下步骤:
步骤1:根据待成形件的尺寸与形状,利用CAD进行模型建立,由计算机自动生成增材轨迹;
步骤2:接通电源,等待MIG-TIG复合增材装置准备就绪,打开保护气,将基板采用柔性夹具固定在水冷装置中,清理基板,基板预热至100℃,打开水冷装置;
步骤3:MIG增材机器人在基板上完成一层的增材制造,MIG增材机器人移动到安全点;
步骤4:CCD相机随TIG增材机器人在基板上进行轮廓扫描,提取基板面上的整体轮廓形貌,将提取信息输送至计算机中,分析该层的表面缺陷与平整度,生成TIG增材机器人的移动路径;
步骤5:TIG增材机器人按计算机生成的路径进行不填丝重熔加工,消除表面焊接缺陷,提高表面平整度;
步骤6:MIG增材机器人调整机械手臂位置,使得红外测温仪对准基板表面,监测基板表面温度;
步骤7:若红外测温仪测得基板表面温度低于100℃,则增材机器人按预设轨迹进行下一层增材堆积,若预设轨迹采用MIG进行堆积,则采用MIG增材机器人进行堆积,若采用TIG进行堆积,则采用TIG增材机器人进行TIG填丝堆积;
步骤8:重复步4至步骤7,完成MIG-TIG复合增材制造;
步骤9:关闭保护气以及增减材协同制造装备系统,待基板完全冷却后,松开柔性固定装置,取下基板以及增材成型件。
作为优选方式,MIG增材机器人与TIG增材机器人可选用相同牌号的焊丝,也可以选用两种不同牌号的焊丝,实现异种材料的电弧增材制造。
作为优选方式,计算机可以根据增材件的具体结构交替使用两种增材方式。
作为优选方式,在增材过程中,水冷装置实时对基板进行散热,控制基板温度,控制基板热变形量,提高增材精度。
作为优选方式,在开始增材前,对基板进行预热至100℃,防止刚开始几层因散热条件不稳定而引起缺陷,改善刚开始几层的增材质量。
作为优选方式,增材过程中,所用保护气可以根据具体增材方式以及材料进行选择,所用的保护气可以为纯氩气或氩(78-82%)+二氧化碳保护气(20-17%)+氧气(2-1%)或氩(84-92%)+二氧化碳保护气(6-2%)+氧气(2-1%)+氮保护气(8-4%)。气体流量为18L/min-28L/min。
本发明与现有技术相比其显著优点是:
1.本发明提出使用MIG、TIG两种不同的增材方式进行增材制造。使两种增材方式的优势互补,在保证增材效率的同时提高增材精度。
2.本发明采用水冷装置不断对基板进行水冷,增加基板散热速度,可以减小基板的热变形量,提高增材精度。
3.本发明采用红外测温仪对基板表面温度进行监测,可以有效地控制层间温度,提高增材质量。
4.本发明提出的MIG-TIG复合增材方法,能够在MIG增材完每一层后采用TIG热源进行不填丝重熔加工,能够修复该层的的缺陷,提高该层的平整度,提高整个增材构件的精度与质量。
附图说明
图1为本发明一种MIG-TIG复合增材方法实施例1的实物图。
图2为本发明一种MIG-TIG复合增材方法实施例2的示意图。
图3为本发明一种MIG-TIG复合增材方法实施例2的实物图。
图4为本发明一种MIG-TIG复合增材方法实施例3的实物俯视图。
图5为本发明一种MIG-TIG复合增材方法实施例3的实物侧视图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、方案及优点更加清晰明了,以下结合装备整体示意图以及具体实例,对本发明详细说明。下面讲述的具体实例仅仅用来解释本发明,
本发明并不限定于该一种应用途径。
如图1所示:一种MIG-TIG复合增材装置,由工业机器人一、机器人控制柜一、焊接电源一、送丝机一、MIG焊枪、保护气瓶一组成的MIG增材机器人与由工业机器人二、机器人控制柜二、焊接电源二、送丝机二、TIG焊枪、保护气瓶二组成的TIG增材机器人与CCD相机、工作台、红外测温仪、基板水冷装置、计算机组成;其中红外测温仪固定在工业机器人一上,CCD相机固定在工业机器人二的手臂上;两增材机器人、CCD相机、红外测温仪,与计算机相连。
实施例1
MIG增材机器人所用焊丝为ER130S-G高强钢焊丝,其直径为1.2mm;TIG增材机器人不加焊丝;基板为6mm厚的304不锈钢基板;保护气均为纯氩气;
步骤1:根据待成形件的尺寸与形状,利用CAD进行模型建立,由计算机自动生成增材轨迹;
步骤2:接通电源,等待MIG-TIG复合增材装置准备就绪,打开保护气,将基板采用柔性夹具固定在水冷装置中,清理基板,基板预热至100℃,打开水冷装置;
步骤3:设置焊接参数,其中MIG增材参数为:送丝速度为7.5mm/min、焊接速度为11mm/s、保护气体流量20L/min;TIG增材参数为:焊接速度为2mm/s、焊接电流为150A、保护气体流量20L/min;
步骤4:MIG增材机器人在基板上完成一层的增材制造,MIG增材机器人移动到安全点;
步骤5:CCD相机随TIG增材机器人在基板上进行轮廓扫描,提取基板面上的整体轮廓形貌,将提取信息输送至计算机中,分析该层的表面缺陷与平整度,生成TIG增材机器人的移动路径;
步骤6:TIG增材机器人按计算机生成的路径进行不填丝重熔加工,消除表面焊接缺陷,提高表面平整度;MIG焊枪移动至上层息弧点,并向上抬高2mm;
步骤7:MIG增材机器人调整机械手臂位置,使得红外测温仪对准基板表面,监测基板表面温度;若红外测温仪测得基板表面温度低于100℃,则进行下一层增材堆积,
步骤8:重复步骤4-7完成增材制造;
步骤9:关闭保护气以及增减材协同制造装备系统,待基板完全冷却后,松开柔性固定装置,取下基板以及增材成型件。
实施例2
MIG增材机器人所用焊丝为ER130S-G高强钢焊丝,其直径为1.2mm;TIG增材机器人所用焊丝为316L不锈钢焊丝,其直径为1.2mm;基板为6mm厚的304不锈钢基板;保护气均为纯氩气;;
步骤1:根据待成形件的尺寸与形状,利用CAD进行模型建立,由计算机自动生成增材轨迹;
步骤2:接通电源,等待MIG-TIG复合增材装置准备就绪,打开保护气,将基板采用柔性夹具固定在水冷装置中,清理基板,基板预热至100℃,打开水冷装置;
步骤3:设置焊接参数,其中MIG增材参数为:送丝速度为7.5mm/min、焊接速度为11mm/s、保护气体流量20L/min;TIG增材参数为:送丝速度为3mm/min、焊接速度为2mm/s、焊接电流为150A、保护气体流量20L/min;
步骤4:MIG增材机器人在基板上完成单道的增材制造,MIG增材机器人移动到安全点;
步骤5:CCD相机随TIG增材机器人在基板上进行轮廓扫描,提取基板面上的单道直壁的轮廓形貌,将提取信息输送至计算机中,分析该层的表面缺陷与平整度,生成TIG增材机器人的移动路径;
步骤6:TIG增材机器人按计算机生成的路径进行单道不填丝重熔加工,消除表面焊接缺陷,提高表面平整度;MIG焊枪移动至上层息弧点,并向上抬高2mm;
步骤7:MIG增材机器人调整机械手臂位置,使得红外测温仪对准基板表面,监测基板表面温度;若红外测温仪测得基板表面温度低于100℃,则进行下一道增材堆积;
步骤8:重复步骤4-7三次,将MIG焊枪移动至安全点;
步骤9:TIG增材机器人完成下一道的堆积,TIG增材机器人移动至安全点,MIG焊枪移至上层MIG焊枪起弧点,并向上抬高3mm;
步骤10:MIG增材机器人调整机械手臂位置,使得红外测温仪对准基板表面,监测基板表面温度;若红外测温仪测得基板表面温度低于100℃,则进行下一道增材堆积;
步骤11:重复步骤4-10七次,完成MIG-TIG复合增材制造;
步骤12:关闭保护气以及增减材协同制造装备系统,待基板完全冷却后,松开柔性固定装置,取下基板以及增材成型件。
实施例3
MIG增材机器人所用焊丝为ER130S-G高强钢焊丝,其直径为1.2mm;TIG增材机器人所用焊丝为316L不锈钢焊丝,其直径为1.2mm;基板为6mm厚的304不锈钢基板;保护气均为纯氩气;;
步骤1:根据待成形件的尺寸与形状,利用CAD进行模型建立,由计算机自动生成增材轨迹;
步骤2:接通电源,等待MIG-TIG复合增材装置准备就绪,打开保护气,将基板采用柔性夹具固定在水冷装置中,清理基板,基板预热至100℃,打开水冷装置;
步骤3:设置焊接参数,其中MIG增材参数为:送丝速度为7.2mm/min、焊接速度为10mm/s、保护气体流量20L/min;TIG增材参数为:送丝速度为3mm/min、焊接速度为2mm/s、焊接电流为150A、保护气体流量20L/min;
步骤4:MIG增材机器人在基板上完成一层的增材制造,MIG增材机器人移动到安全点;
步骤5:CCD相机随TIG增材机器人在基板上进行轮廓扫描,提取基板面上的整体轮廓形貌,将提取信息输送至计算机中,分析该层的表面缺陷与平整度,生成TIG增材机器人的移动路径;
步骤6:TIG增材机器人按计算机生成的路径进行不填丝重熔加工,消除表面焊接缺陷,提高表面平整度;MIG焊枪移动至上层息弧点,并向上抬高2mm;
步骤7:MIG增材机器人调整机械手臂位置,使得红外测温仪对准基板表面,监测基板表面温度;若红外测温仪测得基板表面温度低于100℃,则进行下一层增材堆积;
步骤8:重复步骤4-7三次,将MIG焊枪移动至安全点;
步骤9:TIG增材机器人完成下一层的堆积,TIG增材机器人移动至安全点,MIG焊枪移至上层MIG焊枪起弧点,并向上抬高3mm;
步骤10:MIG增材机器人调整机械手臂位置,使得红外测温仪对准基板表面,监测基板表面温度;若红外测温仪测得基板表面温度低于100℃,则进行下一层增材堆积;
步骤11:重复步骤4-10七次,完成MIG-TIG复合增材制造;
步骤12:关闭保护气以及增减材协同制造装备系统,待基板完全冷却后,松开柔性固定装置,取下基板以及增材成型件。

Claims (7)

1.一种MIG-TIG复合增材方法,其特征在于,具体步骤为:
步骤1:根据待成形件的尺寸与形状,利用CAD进行模型建立,由计算机自动生成增材轨迹;
步骤2:接通电源,等待MIG-TIG复合增材装置准备就绪,打开保护气,将基板采用柔性夹具固定在水冷装置中,清理基板,对基板进行预热,打开水冷装置;
步骤3:MIG增材机器人在基板上完成一层的增材制造,MIG增材机器人移动到安全点;
步骤4:CCD相机随TIG增材机器人在基板上进行轮廓扫描,提取基板面上的整体轮廓形貌,将提取信息输送至计算机中,分析该层的表面缺陷与平整度,生成TIG增材机器人的移动路径;
步骤5:TIG增材机器人按计算机生成的路径进行不填丝重熔加工,消除表面缺陷,提高表面平整度;
步骤6:MIG增材机器人调整机械手臂位置,监测基板表面温度;
步骤7:若测得基板表面温度低于100℃,则增材机器人按预设轨迹进行下一层增材堆积;
若预设轨迹上采用MIG进行堆积,则采用MIG增材机器人进行堆积,若采用TIG进行堆积,则采用TIG增材机器人进行TIG填丝堆积;
步骤8:重复步4-步骤7,完成MIG-TIG复合增材制造。
2.如权利要求1所述的MIG-TIG复合增材方法,其特征在于,MIG增材机器人与TIG增材机器人可选用相同牌号的焊丝或用两种不同牌号的焊丝。
3.如权利要求1所述的MIG-TIG复合增材方法,其特征在于,计算机根据增材件的具体结构交替使用两种增材方式。
4.如权利要求1所述的MIG-TIG复合增材方法,其特征在于,TIG增材机器人工作模式选择填丝增材或不填丝重熔修复加工。
5.如权利要求1所述的MIG-TIG复合增材方法,其特征在于,在增材过程中,采用红外测温仪实时监测基板温度,控制基板热变形。
6.如权利要求1所述的MIG-TIG复合增材方法,其特征在于,在开始增材前,对基板进行预热至100℃。
7.如权利要求1所述的MIG-TIG复合增材方法,其特征在于,MIG、TIG增材机器人所用保护气,为纯氩气或氩(78-82%)+二氧化碳保护气(20-17%)+氧气(2-1%)或氩(84-92%)+二氧化碳保护气(6-2%)+氧气(2-1%)+氮保护气(8-4%);气体流量为18L/min-28L/min。
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