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

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金鸣
宋正东
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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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