CN114160922A - 提高铝合金gtaw waam精度及效率的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高铝合金GTAW WAAM精度及效率的系统和方法，方法包括：在起弧阶段，起弧后超音频脉冲变极性电流按照预设时间缓升至电流幅值，启动送丝并将送丝速度设定为第一设定值，图像数据采集系统实时将采集的熔池和电弧图像信息发送至上位机系统；当熔池最大直径大于等于0.9倍的弧柱最大直径时，上位机系统控制送丝机将送丝速度提高至第二设定值，控制焊炬移动；在熄弧阶段距离尾端2L时电流幅值和送丝速度开始以设定速率衰减。本发明有效避免了启动送丝瞬间当熔池体积较小时焊丝易和工件发生碰撞，和熄弧处因热积累以及无拘束等因素导致的工件下塌问题，提高了工件的成型精度。

Description

提高铝合金GTAW WAAM精度及效率的系统及方法
技术领域
本发明涉及增材制造技术领域，更具体的说是涉及一种提高铝合金GTAW WAAM精度及效率的系统及方法。
背景技术
电弧增材制造技术(Wire+arc additive manufacturing，WAAM)，是一种以电弧为热源，金属丝材为原材料的增材制造技术。与其他金属增材制造工艺相比，WAAM具有生产效率高、原材料成本低、设备成本低、灵活性高和复杂度低等优点，目前已经成为增材制造领域的研究热点。
铝合金具有比强度高、耐蚀性高等优点，在航空航天领域占据着无可代替的重要地位，但其熔点低、热导率高和热膨胀系数大等特点，使铝合金构件在增材制造过程中容易因热积累而发生下塌等缺陷。
GTAW工艺具有过程稳定性高，易得到力学性能高的试样等优点，但受传统焊炬以及送丝管机械结构的影响，传统GTAW工艺送丝速度一般在3m/min以下，限制了其在大型金属结构件制造中的应用。
在传统铝合金GTAW电弧增材制造过程中，起弧处通常采用起弧成功后即按照设定速度送丝并移动焊炬的方式，当送丝速度超过3m/min时，在启动送丝瞬间当熔池体积较小时焊丝易和工件发生碰撞；熄弧处通常采用到达尾端一定时间后再停止送丝并熄弧的方式，能够在一定程度防止工件尾端塌陷，但当工件具有一定高度后，因电流较大且尾端部分无拘束，工件还是会发生下塌，严重降低工件的成型精度，而且起弧、熄弧处采用上述工艺时一般需要人工判断控制起收弧与焊丝启停时间，对操作者经验要求较高，且降低了制造效率。
为了解决上述至少一个问题，如何提供一种可在高速送丝条件下，能够保证过程稳定、高效且成型精度较高的铝合金GTAW增材制造技术控制系统及方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种提高铝合金GTAW WAAM精度及效率的系统和方法，有效避免了启动送丝瞬间当熔池体积较小时焊丝易和工件发生碰撞，和熄弧处因热积累以及无拘束等因素导致的工件下塌问题，提高了工件的成型精度，制造效率高，可应用在大型金属结构件的制造。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种提高铝合金GTAW WAAM精度及效率的系统，包括：高速送丝系统、焊炬高度测量系统、图像数据采集系统、机器人系统、超音频脉冲电源和上位机系统，所述上位机系统分别与所述高速送丝系统、所述焊炬高度测量系统、所述图像数据采集系统、所述机器人系统和所述超音频脉冲电源连接；
所述高速送丝系统用于实现送丝，以及送丝的启停和送丝速度的调整；
所述焊炬高度测量系统用于实时测量增材制造过程中工件已成型结构的高度信息；
所述图像数据采集系统用于采集增材制造过程中熔池和电弧信息；
所述机器人系统用于控制所述高速送丝系统的水平位置、垂直位置和移动速度；
所述超音频脉冲电源用于为所述高速送丝系统提供超音频脉冲变极性电流；
所述上位机系统用于接收所述焊炬高度测量系统、所述图像数据采集系统传送的数据，并控制所述高速送丝系统、所述机器人系统和所述超音频脉冲电源，完成增材制造。
优选的，所述高速送丝系统包括焊炬和送丝机，所述送丝机用于为所述焊炬提供焊丝，并实现送丝的启停和送丝速度的调整；
所述焊炬包括焊炬主体、锥形保护咀、组合夹具和送丝管，所述锥形保护咀固定在所述焊炬主体的下部，所述组合夹具固定在所述焊炬主体的上部，且所述组合夹具末端连接所述送丝管。
优选的，所述组合夹具包括第一夹具、中间夹具和第二夹具，所述中间夹具固定在所述焊炬主体的上部，所述中间夹具两端通过万向节分别与所述第一夹具和所述第二夹具连接，所述第一夹具末端通过万向节和所述图像采集系统连接，所述第二夹具末端通过万向节与所述送丝管连接。
一种提高铝合金GTAW WAAM精度及效率的方法，其特征在于，包括起弧阶段、增材制造阶段和熄弧阶段；
所述起弧阶段具体包括：
S11：起弧后超音频脉冲变极性电流按照预设时间缓升至起弧电流，同时启动送丝并将送丝速度设定为速度第一设定值，图像数据采集系统实时将采集的熔池和电弧图像信息发送至上位机系统，并在预设时间后的0.5S-1S将超音频脉冲变极性电流升至电流第一设定值；
S12：经过t秒后当熔池最大直径大于等于0.9倍的弧柱最大直径时，上位机系统控制送丝机将送丝速度提高至速度第二设定值，控制焊炬移动；
所述熄弧阶段具体包括：
S31：在距离构件尾端2L时，2L为5mm-30mm，超音频脉冲变极性电流的幅值和送丝速度按照设定速率衰减，至尾端时送丝速度降至速度第三设定值，电流幅值降为电流第二设定值；
S32：到达尾端后反向向距离尾端2L处移动，同时超音频脉冲变极性电流的幅值和送丝速度继续按照设定比例衰减，再次到达距离尾端2L处时，电流幅值和送丝速度分别降至各自速度第四设定值和熄弧电流后，焊炬上抬0～5mm减少熄弧时的电弧冲击力，停止送丝并熄弧；
所述增材制造阶段中的路径为完成上述一层沉积后，熄弧并停止送丝，返回原点，再次起弧、送丝进行电弧增材制造。
一种提高铝合金GTAW WAAM精度及效率的方法，所述增材制造阶段具体包括：
S21：超音频脉冲变极性电流保持所述电流第一设定值，送丝速度保持所述速度第二设定值进行送丝，焊炬移动保持第一移动速度进行移动，上位机系统实时比较熔池直径与弧柱直径，判断熔池最大直径与弧柱最大直径的关系，当熔池最大直径在大于等于0.8倍且小于1.2倍弧柱最大直径时，执行S22，当熔池最大直径小于0.8倍弧柱最大直径且大于等于0.6倍弧柱最大直径时，执行S23，当熔池最大直径大于等于1.2倍弧柱最大直径且小于等于1.5倍弧柱最大直径时，执行S24；
S22：保持当前参数，到达设定位置进入熄弧阶段；
S23：控制焊炬以10mm/s的速率降低运动速度，并判断焊炬运动速度是否大于下限值，若不大于则停止增材过程，若大于则在熔池最大直径大于等于0.8倍弧柱最大直径时不再改变速率，到达设定位置进入熄弧阶段；
S24：控制焊炬以10mm/s的速率增大运动速度，并判断焊炬运动速度是否小于上限值，若不小于则停止增材过程，若小于则在熔池最大直径小于1.2倍弧柱最大直径时不再改变速率，到达设定位置进入熄弧阶段。
优选的，超音频脉冲变极性电流包括基值电流和超音频脉冲电流，所述基值电流包括正向电流和负向电流，所述超音频脉冲电流叠加在所述正向电流和/或负向电流上，所述正向电流和所述负向电流的电流幅值设定范围为0～300A，且所述正向电流和所述负向电流的切换频率的设定范围为0～1000Hz，所述超音频脉冲电流幅值设定范围为0～100A，对应脉冲频率的设定范围为0～100kHz。
优选的，起弧阶段中预设时间为0s-30s。
优选的，起始层的第一层所述电流第一设定值的基值电流为140A-200A，所述电流第二设定值为所述电流第一设定值的40％-60％，且所述起弧电流和所述熄弧电流均为所述电流第二设定值的40％-60％；
起始层的第一层所述速度第二设定值为1-1.5m/min，所述速度第三设定值为所述速度第二设定值的40％-60％，所述速度第一设定值为所述速度第二设定值的40％-60％，所述速度第四设定值为所述第三设定值的40％-60％；
起始层的第一移动速度为150mm/min，所述下限值比所述第一移动速度小60mm/min，所述上限值比所述第一移动速度大60mm/min。
优选的，起始层在第一层的基础上每增加一层，所述电流第一设定值的基值电流对应降低10A，且电流第一设定值最小值为100A；
起始层在第一层的基础上每增加一层，所述速度第二设定值对应增加0.5m/min，且所述电流第一设定值为100A时，速度第二设定值最大为4m/min；起始层在第一层的基础上每增加一层，所述第一移动速度对应增加30mm/min。
优选的，中间层和结尾层中各层间的电流幅值、送丝速度、焊炬移动速度均相同。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种提高铝合金GTAW WAAM精度及效率的系统和方法，实现了对增材制造过程，尤其是起弧和熄弧阶段，电流与送丝速度的同步、阶梯化控制，有效避免了启动送丝瞬间当熔池体积较小时焊丝易和工件发生碰撞，和熄弧处因热积累以及无拘束等因素导致的工件下塌问题，提高了工件的成型精度。
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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提高铝合金GTAW WAAM精度及效率的系统结构示意图。
图2附图为本发明电弧增材制造系统工作示意图。
图3附图为本发明焊炬结构示意图。
图4附图为本发明电弧和熔池形貌图，其中图4(a)为熔池和电弧形貌采集图，图4(b)为熔池和电弧形貌上位机处理图。
图5附图为本发明超音频脉冲变极性电流波形。
图6附图为本发明增材制造过程示意图。
图7附图为本发明起弧阶段流程图。
图8附图为起弧阶段送丝速度随时间变化图，其中图8(a)为传统工艺送丝速度随时间变化图，图8(b)为本发明新工艺送丝速度随时间变化图。
图9附图为起弧阶段电流随时间变化图，其中图9(a)为传统工艺电流随时间变化图，图9(b)为本发明新工艺电流随时间变化图。
图10附图为本发明增材制造阶段流程图。
图11附图为本发明熄弧阶段流程图。
图12附图为熄弧阶段送丝速度随时间变化图，其中图12(a)为传统工艺送丝速度随时间变化图，图12(b)为本发明新工艺送丝速度随时间变化图。
图13附图为熄弧阶段电流随位置变化图，其中图13(a)为传统工艺电流随位置变化图，图13(b)为本发明新工艺电流随位置变化图。
图14附图为熄弧阶送丝速度随时间变化对比图。
图15附图为采用本发明电弧增材制造试样图。
其中，1、高速送丝系统，11、焊炬，111、焊炬主体，112、锥形保护咀,113、组合夹具,114、送丝管，12、送丝机，2、焊炬高度测量系统，3、图像数据采集系统，4、机器人系统,41、机器人，42、机器人控制柜，5、超音频脉冲电源,6、上位机系统。
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。
实施例1，本发明实施例公开了一种提高铝合金GTAW WAAM精度及效率的系统，如图1所示，包括：高速送丝系统1、焊炬高度测量系统2、图像数据采集系统3、机器人系统4、超音频脉冲电源5和上位机系统6。
高速送丝系统1主要包括焊炬11和送丝机12，焊炬11包括焊炬主体111、锥形保护咀112、组合夹具113和送丝管114，焊炬11通过锥形保护咀112和配套设计加工的组合夹具113、送丝管114，使钨极轴线和焊丝轴线之间的夹角θ降低到30°，如图3所示，实现了最高速度达6m/min的高速稳定送丝，将传统铝合金GTAW增材工艺的制造效率提高了一倍；送丝机12通过485总线接收上位机系统6的指令，能够实现送丝的启停和送丝速度的实时调整等功能。
焊炬高度测量系统2主要包括激光位移传感器，制造过程中实时将工件已成型部分的高度信息传输给上位机系统6，保证增材过程中弧长的稳定性。
图像数据采集系统3主要包括相机，相机通过组合夹具113与焊炬固定在一起，电弧增材制造过程中与焊炬的相对位置固定，相机安装有保护镜片、减光片、滤光片等，如图4所示，本发明基于视觉传感技术，可对增材制造过程中的熔池和电弧进行拍摄，并将数据传输到上位机系统6中进行处理，得到二者的最大直径数据，并通过二者直径数值的大小关系对电弧增材制造过程的起熄弧和启停送丝控制进行自动化控制，解决了传统自动化控制方式一般为将引弧成功信号作为焊炬移动的标志，无法保证已形成具有一定体积的熔池，使增材制造过程的稳定性受到一定影响。
机器人系统4包括机器人41和机器人控制柜42，机器人41通过Ethernet与上位机系统连接，可依据上位机指令要求通过中断等技术实现增材过程中对焊炬位置的实时调整，更具体的，机器人机械臂末端连接焊炬11，机械臂上固定送丝机12，上位机系统6通过控制机械臂完成对焊炬空间位置的移动。
超音频脉冲电源5通过Ethernet与上位机系统连接，可依据上位机指令要求实时进行起收弧，和调整输出电流的幅值与频率等操作。
更为具体的，本发明焊机利用超音频脉冲电源，超音频脉冲电源通过Ethernet与上位机连接，可依据上位机指令要求实时对电流值的幅值、频率等所有参数进行修改。如图5所示，超音频脉冲变极性电流包括正向电流、负向电流和超音频脉冲电流，Ib+为正向电流，Ib-为负向电流，正负向电流幅值设定范围为0～300A；TL1为正负电流切换周期，对应正负电流切换频率的设定范围为0～1000Hz；IHp为超音频脉冲电流，幅值设定范围为0～100A；TL3为超音频脉冲电流周期，对应脉冲频率的设定范围为0～100kHz，在本实施例中，超音频脉冲电流只叠加在正向电流上，熄弧和起弧过程电流波形形态和增材制造过程电流波形形态一致，仅电流波形的幅值大小发生变化。超音频脉冲变极性电流可增加电弧挺度、提高电弧力并对熔池产生一定的振荡作用，可有效降低焊缝中气孔的数量和体积，且与普通变极性电流相比，在相同平均电流值条件下可大幅增加熔深，保证了工件增材制造部分和基体之间结合部分的大熔深和低气孔率。
上位机系统6接收来自各项设备的数据，并以此为依据对送丝机、机器人和超音频脉冲电源的启停以及各项参数进行控制。
实施例2，本实施例中，提供了一种提高铝合金GTAW WAAM精度及效率的方法，该方法基于实施例1的系统进行的，该方法基于超音频脉冲方波焊机和全数字化控制的送丝机，实现了对增材制造过程，尤其是起弧和熄弧阶段，电流与送丝速度的同步、阶梯化控制，有效避免了启动送丝瞬间当熔池体积较小时焊丝易和工件发生碰撞，和熄弧处因热积累以及无拘束等因素导致的工件下塌问题，提高了工件的成型精度，本发明所采用的电弧增材制造方法如图6所示，包括以下步骤：
起弧阶段，如图7所示，包括：
S11：起弧后超音频脉冲变极性电流幅值按照设定时间缓升至起弧电流幅值大小，之后启动送丝且送丝速度为速度第一设定值，图像数据采集系统不断将信息发送给上位机系统进行分析，并在预设时间后的0.5S-1S将超音频脉冲变极性电流升至电流第一设定值；
S12：经过t秒后熔池直径≥0.9弧柱最大直径，上位机系统控制送丝机将送丝速度增加至第二设定值，并控制焊炬移动。
其中起弧阶段送丝速度随时间变化图如图8(b)所示，电流随时间变化图如图9(b)所示；在传统铝合金GTAW电弧增材制造过程中，起弧处通常采用起弧成功后即按照设定速度送丝并移动焊炬的方式，如图8(a)所示，当送丝速度超过3m/min时，在启动送丝瞬间当熔池体积较小时焊丝易和工件发生碰撞；
增材制造阶段，包括：
S21：超音频脉冲变极性电流保持所述电流第一设定值，送丝速度保持所述速度第二设定值进行送丝，焊炬移动保持第一移动速度进行移动，上位机系统实时比较熔池直径与弧柱直径，判断熔池最大直径与弧柱最大直径的关系，当熔池最大直径在大于等于0.8倍且小于1.2倍弧柱最大直径时，执行S22，当熔池最大直径小于0.8倍弧柱最大直径且大于等于0.6倍弧柱最大直径时，执行S23，当熔池最大直径大于等于1.2倍弧柱最大直径且小于等于1.5倍弧柱最大直径时，执行S24；
S22：保持当前参数，到达设定位置进入熄弧阶段；
S23：控制焊炬以10mm/s的速率降低运动速度，并判断焊炬运动速度是否大于下限值，若不大于则停止增材过程，若大于则在熔池最大直径大于等于0.8倍弧柱最大直径时不再改变速率，到达设定位置进入熄弧阶段；
S24：控制焊炬以10mm/s的速率增大运动速度，并判断焊炬运动速度是否小于上限值，若不小于则停止增材过程，若小于则在熔池最大直径小于1.2倍弧柱最大直径时不再改变速率，到达设定位置进入熄弧阶段。
通过对参数进行调整，提高预热温度或增大电流设定值后重新进行电弧增材，铝合金预热温度根据板厚以及种类不同，一般在100～200℃之间选择；根据板厚以及种类不同，铝合金电弧增材制造时起始层的第一层基值电流值在140～200A之间，需增大焊接电流时一般让基值电流每次增加20A。基值电流为变极性电流，包括正向和负向电流，一般在未特别指明的情况下，默认正负向电流设置值始终相等。当电流需要调整时一般不再对超音频电流值进行更改，而只升高或降低基值电流。
通过对参数进行调整，降低预热温度或降低电流数值后重新进行电弧增材，铝合金预热温度根据板厚以及种类不同，一般在100～200℃之间选择；根据板厚以及种类不同，铝合金电弧增材制造时基值电流值在140～200A之间，需降低焊接电流时一般让基值电流每次降低20A。
在电弧增材制造过程中，随构件高度的增加焊炬的运动速度会随之增加，以下以增材制造起始层的第一层时的运动速度值为例对增材制造阶段的控制方法进行具体说明，如图10所示。
在电弧增材制造过程中持续使用相机对电弧和熔池形貌进行采集并发送给上位机控制系统进行熔池和弧柱区最大直径数值的处理提取。当熔池最大直径小于电弧弧柱区最大直径值的80％，以10mm/s的速率逐渐降低运动速度，增加传输到基体的能量值，直至熔池最大直径大于等于电弧弧柱区最大直径值的80％时速率不再改变，当熔池最大直径小于电弧弧柱区最大直径值的60％或运动速度降至90mm/min时，说明当前设置参数条件下的热输入过低，需要停止增材制造过程，通过对参数进行调整，提高预热温度或增大电流设定值后重新进行电弧增材，铝合金预热温度根据板厚以及种类不同，一般在100～200℃之间选择。
当熔池最大直径大于等于电弧弧柱区最大直径值的120％，以10mm/s的速率逐渐增大运动速度，直至熔池最大直径小于电弧弧柱区最大直径值的120％时速率不再改变，当熔池最大直径大于电弧弧柱区最大直径值的150％或运动速度提高到210mm/min时，说明当前设置参数条件下热输入过高，需要停止增材制造过程，应通过对参数进行调整，降低预热温度或降低电流数值后重新进行电弧增材，铝合金预热温度根据板厚以及种类不同，一般在100～200℃之间选择。
熄弧阶段如图11所示，包括：
S31：在距离构件尾端2L时，2L为5mm-30mm，具体根据材料种类、壁厚、增材道数等影响进行选择，超音频脉冲变极性电流的幅值和送丝速度按照设定速率衰减，至尾端时送丝速度降至速度第三设定值，电流幅值降为电流第二设定值；
S32：到达尾端后反向向距离尾端2L处移动，同时电流幅值和送丝速度继续按照设定速率衰减，再次到达距离尾端2L处时，电流幅值和送丝速度均降至各自熄弧电流和速度第四设定值后，焊炬上抬0～5mm减少熄弧时的电弧冲击力，停止送丝并熄弧。
其中，电流幅值和送丝速度从电流第一设定值、速度第二设定值衰减到电流第二第一设定值、速度第二设定值的时间相同，可在0～10s之间选择，衰减时按照线性规律。
本发明熄弧阶段送丝速度随位置变化图如图12(b)所示，电流随位置变化图如图13(b)所示；在传统铝合金GTAW电弧增材制造过程中，熄弧处通常采用到达尾端一定时间后再停止送丝并熄弧的方式，能够在一定程度防止工件尾端塌陷，但当工件具有一定高度后，因电流较大且尾端部分无拘束，工件还是会发生下塌，严重降低工件的成型精度。
更具体的说明，起始层的第一层电流第一设定值的基值电流为140A-200A，电流第二设定值为电流第一设定值的40％-60％，且起弧电流和熄弧电流均为电流第二设定值的40％-60％；
起始层的第一层速度第二设定值为1-1.5m/min，速度第三设定值为速度第二设定值的40％-60％，速度第一设定值为速度第二设定值的40％-60％，速度第四设定值为第三设定值的40％-60％；
起始层的第一移动速度为150mm/min，下限值比第一移动速度小60mm/min，上限值比第一移动速度大60mm/min。
起始层在第一层的基础上每增加一层，电流第一设定值的基值电流对应降低10A，且电流第一设定值最小值为100A；
起始层在第一层的基础上每增加一层，速度第二设定值对应增加0.5m/min，且电流第一设定值为100A时，速度第二设定值最大为4m/min；
起始层在第一层的基础上每增加一层，第一移动速度对应增加30mm/min。
中间层和结尾层中层与层之间的电流幅值、送丝速度、焊炬移动速度均相同，不再改变。
图15为采用本发明所提供的制造方法制作的铝合金电弧增材试样，试样高度达到了11cm，且未发生明显的下塌现象，试样整体成型精度较高，验证了本发明所提供的制造方法的可行性和实用性。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种提高铝合金GTAW WAAM精度及效率的系统，其特征在于，包括：高速送丝系统、焊炬高度测量系统、图像数据采集系统、机器人系统、超音频脉冲电源和上位机系统，所述上位机系统分别与所述高速送丝系统、所述焊炬高度测量系统、所述图像数据采集系统、所述机器人系统和所述超音频脉冲电源连接；
所述高速送丝系统用于实现送丝，以及送丝的启停和送丝速度的调整；
所述焊炬高度测量系统用于实时测量增材制造过程中工件已成型结构的高度信息；
所述图像数据采集系统用于采集增材制造过程中熔池和电弧信息；
所述机器人系统用于控制所述高速送丝系统的水平位置、垂直位置和移动速度；
所述超音频脉冲电源用于为所述高速送丝系统提供超音频脉冲变极性电流；
所述上位机系统用于接收所述焊炬高度测量系统、所述图像数据采集系统传送的数据，并控制所述高速送丝系统、所述机器人系统和所述超音频脉冲电源，完成增材制造。
2.根据权利要求1所述的一种提高铝合金GTAW WAAM精度及效率的系统，其特征在于，所述高速送丝系统包括焊炬和送丝机，所述送丝机用于为所述焊炬提供焊丝，并实现送丝的启停和送丝速度的调整；
所述焊炬包括焊炬主体、锥形保护咀、组合夹具和送丝管，所述锥形保护咀固定在所述焊炬主体的下部，所述组合夹具固定在所述焊炬主体的上部，且所述组合夹具末端连接所述送丝管。
3.根据权利要求2所述的一种提高铝合金GTAW WAAM精度及效率的系统，其特征在于，所述组合夹具包括第一夹具、中间夹具和第二夹具，所述中间夹具固定在所述焊炬主体的上部，所述中间夹具两端通过万向节分别与所述第一夹具和所述第二夹具连接，所述第一夹具末端通过万向节和所述图像采集系统连接，所述第二夹具末端通过万向节与所述送丝管连接。
4.一种提高铝合金GTAW WAAM精度及效率的方法，其特征在于，包括起弧阶段、增材制造阶段和熄弧阶段；
所述起弧阶段具体包括：
S11：起弧后超音频脉冲变极性电流按照预设时间缓升至起弧电流，启动送丝并将送丝速度设定为速度第一设定值，图像数据采集系统实时将采集的熔池和电弧图像信息发送至上位机系统，并在预设时间后的0.5S-1S将超音频脉冲变极性电流升至电流第一设定值；
S12：经过t秒后当熔池最大直径大于等于0.9倍的弧柱最大直径时，上位机系统控制送丝机将送丝速度提高至速度第二设定值，控制焊炬移动；
所述熄弧阶段具体包括：
S31：在距离构件尾端2L时，2L为5mm-30mm，超音频脉冲变极性电流的幅值和送丝速度按照设定速率衰减，至尾端时送丝速度降至速度第三设定值，电流幅值降为电流第二设定值；
S32：到达尾端后反向向距离尾端2L处移动，同时超音频脉冲变极性电流的幅值和送丝速度继续按照设定比例衰减，再次到达距离尾端2L处时，电流幅值和送丝速度分别降至各自速度第四设定值和熄弧电流后，焊炬上抬0～5mm减少熄弧时的电弧冲击力，停止送丝并熄弧；
所述增材制造阶段中的路径为完成上述一层沉积后，熄弧并停止送丝，返回原点，再次起弧、送丝进行电弧增材制造。
5.根据权利要求4所述的一种提高铝合金GTAW WAAM精度及效率的方法，其特征在于，所述增材制造阶段具体包括：
S21：超音频脉冲变极性电流保持所述电流第一设定值，送丝速度保持所述速度第二设定值进行送丝，焊炬移动保持第一移动速度进行移动，上位机系统实时比较熔池直径与弧柱直径，判断熔池最大直径与弧柱最大直径的关系，当熔池最大直径在大于等于0.8倍且小于1.2倍弧柱最大直径时，执行S22，当熔池最大直径小于0.8倍弧柱最大直径且大于等于0.6倍弧柱最大直径时，执行S23，当熔池最大直径大于等于1.2倍弧柱最大直径且小于等于1.5倍弧柱最大直径时，执行S24；
S22：保持当前参数，到达设定位置进入熄弧阶段；
S23：控制焊炬以10mm/s的速率降低运动速度，并判断焊炬运动速度是否大于下限值，若不大于则停止增材过程，若大于则在熔池最大直径大于等于0.8倍弧柱最大直径时不再改变速率，到达设定位置进入熄弧阶段；
S24：控制焊炬以10mm/s的速率增大运动速度，并判断焊炬运动速度是否小于上限值，若不小于则停止增材过程，若小于则在熔池最大直径小于1.2倍弧柱最大直径时不再改变速率，到达设定位置进入熄弧阶段。
6.根据权利要求4所述的一种提高铝合金GTAW WAAM精度及效率的方法，其特征在于，超音频脉冲变极性电流包括基值电流和超音频脉冲电流，所述基值电流包括正向电流和负向电流，所述超音频脉冲电流叠加在所述正向电流和/或负向电流上，所述正向电流和所述负向电流的电流幅值设定范围为0～300A，且所述正向电流和所述负向电流的切换频率的设定范围为0～1000Hz，所述超音频脉冲电流幅值设定范围为0～100A，对应脉冲频率的设定范围为0～100kHz。
7.根据权利要求4所述的一种提高铝合金GTAW WAAM精度及效率的方法，其特征在于，起弧阶段中预设时间为0s-30s。
8.根据权利要求4所述的一种提高铝合金GTAW WAAM精度及效率的方法，其特征在于，
起始层的第一层所述电流第一设定值的基值电流为140A-200A，所述电流第二设定值为所述电流第一设定值的40％-60％，且所述起弧电流和所述熄弧电流均为所述电流第二设定值的40％-60％；
起始层的第一层所述速度第二设定值为1-1.5m/min，所述速度第三设定值为所述速度第二设定值的40％-60％，所述速度第一设定值为所述速度第二设定值的40％-60％，所述速度第四设定值为所述第三设定值的40％-60％；
起始层的第一移动速度为150mm/min，所述下限值比所述第一移动速度小60mm/min，所述上限值比所述第一移动速度大60mm/min。
9.根据权利要求8所述的一种提高铝合金GTAW WAAM精度及效率的方法，其特征在于，起始层在第一层的基础上每增加一层，所述电流第一设定值的基值电流对应降低10A，且电流第一设定值最小值为100A；
起始层在第一层的基础上每增加一层，所述速度第二设定值对应增加0.5m/min，且所述电流第一设定值为100A时，速度第二设定值最大为4m/min；
起始层在第一层的基础上每增加一层，所述第一移动速度对应增加30mm/min。
10.根据权利要求9所述的一种提高铝合金GTAW WAAM精度及效率的方法，其特征在于，中间层和结尾层中各层间的电流幅值、送丝速度、焊炬移动速度均相同。
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