一种电弧快速成型方法技术

本发明专利技术提出一种电弧快速成型方法。第一步，在TIG焊枪与快速成型工件上通电，并在焊枪与快速成型工件之间引传热电弧，在工件上形成熔池；第二步，将快速成型工件断电以使传热电弧熄灭，送丝机构向前送焊丝，焊丝通电，在焊枪与焊丝之间引传质电弧，焊丝熔化后向熔池中熔滴过渡；第三步，将焊丝断电以使传质电弧熄灭，送丝机构回抽焊丝以使焊丝离开传热电弧区域；第四步，快速循环重复上述步骤。本发明专利技术将传热和传质过程分开，可独立控制热量输入和焊丝熔化的速度；传热电弧燃弧时间和电流大小可控制快速成型工件热输入和熔池大小，避免工件过多热输入；传质电弧燃弧时间和电流大小可控制焊丝熔化速度和熔滴大小，保证成型效率。

A Method of Arc Rapid Prototyping

The invention provides an arc rapid prototyping method. The first step is to electrify TIG welding torch and rapid prototyping workpiece, and induce heat transfer arc between the torch and the rapid prototyping workpiece to form a molten pool on the workpiece; the second step is to turn off the power of the rapid prototyping workpiece to extinguish the heat transfer arc; the wire feeding mechanism feeds forward the welding wire, electrifies the welding wire, and leads the mass transfer arc between the torch and the welding wire, and the welding wire melts back into the molten pool; The wire is cut off to extinguish the mass transfer arc, and the wire feeder pulls the wire back to make the wire leave the heat transfer arc area. The fourth step is to repeat the above steps in a rapid cycle. The invention separates heat and mass transfer process, and can independently control heat input and welding wire melting speed; the arc time and current of heat transfer arc can control heat input and pool size of rapid prototyping workpiece to avoid excessive heat input of workpiece; and the arc time and current of mass transfer arc can control welding wire melting speed and droplet size to ensure forming efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种电弧快速成型方法
本专利技术涉及一种电弧快速成型方法。
技术介绍
电弧快速成型技术是以电弧作为热源，基于“离散-堆积”原理，利用三维CAD数据，采用逐点和逐层成型方法制造模具或零件等的一项先进制造技术，该技术由于加工周期短、性能好、成本低、可控性好、成型形状及材料不受限制等特点，已成为当今高效、灵活生产的关键技术。传统的电弧快速成型是通过3D打印技术与电弧焊的结合，TIG焊枪安装在3D打印机的工作头上，TIG电焊机的正极与快速成型工件相连，TIG电焊机的负极与TIG焊枪相连，工作时，通过焊枪与母材之间的引弧以在母材上形成熔池，然后将焊丝伸入焊枪与母材之间的电弧中，利用电弧的高温将焊丝熔化，形成熔滴，实现传质；同时利用电弧高温将快速成型工件熔化，形成熔池。熔滴过渡，实现工件快速成型。这种方式在使用时，同一个电弧维持传热和传质，传热和传质过程无法单独控制；提高电弧电流可保证焊丝熔化速度，保证成型效率，但同时提高了成型工件热输入，热量积累可能使工件变软塌陷，影响成型，同时过多的热输入是成型工件晶粒粗大，降低力学新能；反之，若降低电弧电流，则会影响成型效率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种传热和传质过程可单独控制的电弧快速成型方法。可降低传热电弧燃弧时间和电流大小，避免快速成型工件的热量积累引起工件变软塌陷，同时避免工件晶粒粗大，影响力学性能；可增大传质电弧燃弧时间和电流大小，保证焊丝熔化速度，保证成型效率。本专利技术的技术方案是这样实现的：电弧快速成型方法包括以下步骤：第一步，在TIG焊枪与快速成型工件上通电，并在TIG焊枪与快速成型工件之间引传热电弧，以便在快速成型工件上形成熔池；第二步，将快速成型工件断电以使快速成型工件与TIG焊枪之间的传热电弧熄灭，送丝机构向前送焊丝，焊丝通电，在TIG焊枪与焊丝之间引传质电弧，焊丝熔化后向熔池中熔滴过渡；第三步，将焊丝断电以使焊丝与TIG焊枪之间的传质电弧熄灭，送丝机构回抽焊丝以使焊丝离开TIG焊枪与快速成型工件的传热电弧区域；第四步，快速循环重复第一至第三步。进一步地，为控制电弧在TIG焊枪与快速成型工件以及TIG焊枪与焊丝之间切换，将焊机的正极分为两支路分别与快速成型工件和焊丝相连，在两支路上各串接上一个IGBT模块，并通过单片机控制两个IGBT模块的通断。进一步地，送丝机构通过所述单片机控制。进一步地，通过单片机控制电流在快速成型工件和焊丝上的通断时间以控制电弧的停留时间；通过单片机给焊机内的IGBT模块控制信号以控制电流大小。进一步地，送丝机构包括电机、减速机构、送丝轮以及压丝轮。进一步地，焊丝与送丝机壳体之间通过绝缘材料隔离以防送丝机壳体带电。采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果为：本专利技术通过控制焊丝以及快速成型工件的通断电，从而实现与焊机负极相连的TIG焊枪之间的电弧的切换，电弧切换到焊枪与快速成型工件之间时，电弧高温可供快速成型工件上形成熔池，而使用焊丝不会熔化，并通过送丝机构抽回焊丝，避免焊丝置于该电弧之间而熔化；当电弧切换至焊枪与焊丝之间时，电弧的高温使焊丝熔化，而此时电流不再经过快速成型工件，即电流并非一直在快速成型工件中，相对于现有技术，本专利技术电弧快速成型的传热和传质过程可独立控制，降低焊枪和成型工件之间的传热电弧燃弧时间和电流，避免快速成型工件因热量积累而导致母材变软不成型、内部晶粒粗大而导致力学性能下降等一系列问题；电弧在钨极与工件和钨极与焊丝之间快速切换，两个电弧的燃弧时间和电流大小都独立可控，从而电弧快速成型的传热和传质过程分别独立可控；提高焊枪和焊丝之间的传质电弧燃弧时间和电流，焊丝熔化快，成型效率高。提高了快速成型过程的可控性，提高成型工件的质量和成型效率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术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专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术的工作原理示意图；图2为图1中的转换模块的原理示意图；其中：1-焊机，2-TIG焊枪，3-快速成型工件，4-焊丝，5-送丝机构，6-单片机，7-IGBT模块，正极-P，负极-N，S-转换模块。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。说明：本文的传热电弧是指TIG焊枪与快速成型工件通电后在两者之间引起的电弧；本文的传质电弧是指TIG焊枪与焊丝通电后在两者之间引起电弧。传热电弧与传质电弧就其本质而言并无区别。电弧快速成型方法包括以下步骤：第一步，在TIG焊枪与快速成型工件上通电，并在TIG焊枪与快速成型工件之间引传热电弧，以便在快速成型工件上形成熔池；第二步，将快速成型工件断电以使快速成型工件与TIG焊枪之间的传热电弧熄灭，送丝机构向前送焊丝，在TIG焊枪与焊丝通电以在TIG焊枪与焊丝之间引传质电弧，焊丝熔化后向熔池中熔滴过渡；第三步，将焊丝断电以使焊丝与TIG焊枪之间的传质电弧熄灭，送丝机构回抽焊丝以使焊丝离开TIG焊枪与快速成型工件的传热电弧区域；第四步，快速循环重复第一至第三步。如图1-2所示，为控制电弧在TIG焊枪与快速成型工件以及TIG焊枪与焊丝之间切换，将焊机的正极分为两支路分别与快速成型工件和焊丝相连，在两支路上各串接上一个IGBT模块，并通过单片机控制两个IGBT模块的通断。送丝机构通过所述单片机控制。通过单片机控制电流在快速成型工件和焊丝上的通断时间以控制电弧的停留时间。送丝机构包括电机、减速机构、送丝轮以及压丝轮。焊丝与送丝机壳体之间通过绝缘材料隔离以防送丝机壳体带电。通过单片机控制转换模块的IGBT导通时间，调整电流在快速成型工件和焊丝上的通断时间，从而分别控制传热电弧和传质电弧的燃弧时间。每次电流切换时，单片机给焊机输出端的高压磁线包同步控制信号，控制焊机重新起弧。单片机给焊机控制信号，调整焊机逆变器的IGBT导通时间，用PWM技术调整焊机输出电流，控制传热电弧和传质电弧的电流大小。本专利技术通过控制焊丝以及快速成型工件的通断电，从而实现与焊机负极相连的TIG焊枪之间的电弧的切换，电弧切换到焊枪与快速成型工件之间时，电弧高温可在快速成型工件上形成熔池，而使焊丝不会熔化，并通过送丝机构抽回焊丝，避免焊丝置于该电弧之间而熔化；当电弧切换至焊枪与焊丝之间时，电弧的高温使焊丝熔化，形成熔滴过渡。本专利技术电弧快速成型的传热和传质过程可独立控制，降低焊枪和成型工件之间的传热电弧燃弧时间和电流，避免快速成型工件因热量积累而导致母材变软不成型、内部晶粒粗大而导致力学性能下降等一系列问题；提高焊枪和焊丝之间的传质电弧燃弧时间和电流，焊丝熔化快，成型效率高。提高了快速成型过程的可控性，提高成型工件的质量和成型效率。以上所述仅为本专利技术的较佳实施例而已，并不用以限制本专利技术，凡在本专利技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电弧快速成型方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，在TIG焊枪与快速成型工件上通电，并在TIG焊枪与快速成型工件之间引传热电弧，以便在快速成型工件上形成熔池；第二步，将快速成型工件断电以使快速成型工件与TIG焊枪之间的传热电弧熄灭，送丝机构向前送焊丝，焊丝通电，在TIG焊枪与焊丝之间引传质电弧，焊丝熔化后向熔池中熔滴过渡；第三步，将焊丝断电以使焊丝与TIG焊枪之间的传质电弧熄灭，送丝机构回抽焊丝以使焊丝离开TIG焊枪与快速成型工件的传热电弧区域；第四步，快速循环重复第一至第三步。

【技术特征摘要】
1.一种电弧快速成型方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，在TIG焊枪与快速成型工件上通电，并在TIG焊枪与快速成型工件之间引传热电弧，以便在快速成型工件上形成熔池；第二步，将快速成型工件断电以使快速成型工件与TIG焊枪之间的传热电弧熄灭，送丝机构向前送焊丝，焊丝通电，在TIG焊枪与焊丝之间引传质电弧，焊丝熔化后向熔池中熔滴过渡；第三步，将焊丝断电以使焊丝与TIG焊枪之间的传质电弧熄灭，送丝机构回抽焊丝以使焊丝离开TIG焊枪与快速成型工件的传热电弧区域；第四步，快速循环重复第一至第三步。2.根据权利要求1所述的电弧快速成型方法，其特征在于，为控制电弧在TIG焊枪与快速成型工件以及TIG焊枪与焊丝之间切...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭晋昌，连潇，边建潇，张建锐，胡天林，罗宏博，史红燕，
申请(专利权)人：陇东学院，
类型：发明
国别省市：甘肃,62