基于四极磁场控制电弧增材制造的方法及四极磁场系统技术方案

本发明专利技术基于四极磁场控制电弧增材制造的方法及四极磁场系统，包括以下步骤：建立零件实体几何模型，对零件几何模型进行切片和路径规划；将切片和路径规划数据导入到工作平台控制系统，设置需要控制的参数；对焊接机器人进行零点标定；调节焊枪位置，使其置于四极磁场系统中心；设定焊接工艺参数；调节四极磁场系统的激励电流，控制电弧形态为椭圆锥形；对增材基板进行增材制造。通过设置四极磁场系统，控制电弧的形态，提高电弧稳定性，提高输入效率；同时，在电磁力的作用下，能有效控制熔池流淌，控制焊缝成型，提高表面质量；并且，熔池中存在电磁搅拌作用，可以细化晶粒，提高焊缝组织性能。

Manufacturing method of arc additive based on quadrupole magnetic field control and quadrupole magnetic field system

【技术实现步骤摘要】
基于四极磁场控制电弧增材制造的方法及四极磁场系统
本专利技术涉及增材制造域
，具体为基于四极磁场控制电弧增材制造的方法及四极磁场系统。
技术介绍
金属增材制造技术是基于三维数字模型，利用计算机辅助技术实现平层切片、路径规划，并采用相应的数控技术实现金属粉末或丝材堆积制造得到完整实体零件的技术。该技术涵盖
多，应用范围广，被誉为第三次工业革命中数字化制造的重要标志[1]。现在较为成熟的技术增材制造技术包括激光选区熔化技术(SLM)、电子束选区熔化技术(EBSM)、电子束熔丝沉积技术(EBFF)和激光立体成形技术(LSF)、电弧熔丝增材制造技术(WAAM)等。电弧增材制造技术是指采用电弧作为热源将金属丝材熔化，然后按设定形成路径在基板上堆积层片，层层堆敷直至金属零件成形结束。增材零件由焊缝金属组成，冶金结合性能好、致密性高，并且相比于激光、电子束增材技术，电弧熔丝增材制造技术具有低成本、快成形速率、增材大尺寸复杂件等优点。然而，由于电弧增材制造过程是以高温液态金属熔滴过渡的方式进行的，电弧稳定性差，随堆积层数增加，堆积零件热积累严重、熔池过热、难于凝固、堆积层形状难于控制、焊缝晶粒粗大。因此，电弧增材制造的金属零件的尺寸精度、表面质量、内部组织成分都存在较大问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出基于四极磁场控制电弧增材制造的方法及四极磁场系统，旨在解决电弧增材制造过程中电弧刚性低、稳定性差、能量密度小，造成增材制造的零件尺寸精度、表面质量、内部组织成分都存在较大问题的技术问题。为实现上述目的，本专利技术提出基于四极磁场控制电弧增材制造的方法，包括以下步骤：建立零件实体几何模型，对零件几何模型进行切片和路径规划；将切片和路径规划数据导入到工作平台控制系统，设置需要控制的参数；对焊接机器人进行零点标定；调节焊枪位置，使其置于四极磁场系统中心；设定焊接工艺参数；调节四极磁场系统的激励电流，控制电弧形态；对增材基板进行增材制造。优选地，在步骤“调节四极磁场系统的激励电流，控制电弧形态”中，若对磁性材料进行增材制造，则控制电弧的形态不对称的扇形，若对非磁性材料进行增材制造，则控制电弧的形态为椭圆锥形。优选地，在步骤“对增材基板进行增材制造”之前，先对所述增材基板进行表面清洁，做好焊前准备。优选地，所述增材基板的厚度≥10mm，所述增材基板的长度和宽度均≥150mm；丝材直径为0.8-2.0mm。优选地，焊接工艺参数为：电流为140-160A，电弧电压为12-16V，送丝速度为0.4-0.6m/min，焊接速度为2-3mm/s。优选地，四极磁场中线圈的激励电流≤5A。本专利技术还提出一种四极磁场系统，用于执行如上所述的增材制造的方法，包括四个磁极组件，，所述四个磁极组件沿焊枪周缘依次设置，且相邻两个磁极组件磁性相反；所述磁极组件包括电磁线圈、磁导体、磁极、铁芯和磁极夹板，所述电磁线圈绕设在所述铁芯上，所述磁导体设置于所述铁芯下端，所述磁极夹板将所述磁极固定在所述磁导体上。优选地，还包括两个连接板，每个连接板下端固定有两个磁极组件。本专利技术基于四极磁场控制电弧增材制造的方法及四极磁场系统，通过设置四极磁场系统，控制电弧的形态，提高电弧稳定性，提高输入效率；同时，在电磁力的作用下，能有效控制熔池流淌，控制焊缝成型，提高表面质量；并且，熔池中存在电磁搅拌作用，可以细化晶粒，提高焊缝组织性能。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的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。图1为本专利技术增材制造方法工艺步骤流程图；图2为本专利技术实施例一四极磁场系统控制下电弧形态图；图3为本专利技术四极磁场系统结构示意图；图4为本专利技术四极磁场系统剖面结构示意图。附图标号说明：1-磁极组件，11-电磁线圈，12-磁导体，13-磁极，14-铁芯，15-磁极夹板，2-连接板，a1-无磁场作用下电弧正面形态，a2-无磁场作用下电弧侧面形态，b1-四极磁场系统作用下电弧正面形态，b2-四极磁场系统作用下电弧侧面形态。本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。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的一部分实施例，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作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。需要说明，若本专利技术实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。另外，若本专利技术实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本专利技术要求的保护范围之内。如图1所示，基于四极磁场控制电弧增材制造的方法，包括以下步骤：建立零件实体几何模型，对零件几何模型进行切片和路径规划；将切片和路径规划数据导入到工作平台控制系统，设置需要控制的参数；对焊接机器人进行零点标定；调节焊枪位置，使其置于四极磁场系统中心；设定焊接工艺参数；调节四极磁场系统的激励电流，控制电弧形态；对增材基板进行增材制造。具体地，对需要制造的零件进行建立实体几何模型，将零件模型导入计算机中进行切片和加工路径规划；将切片和加工路径规划数据导入到增材制造工作平台控制系统，然后设置需要控制的参数，如行走路径、行走速度等；对焊接机器人进行零点标定，使焊接机器人坐标系与三维软件坐标系重合，确保机器人以三维软件规划的路径进行增材制造加工；调整焊枪的位置，使其置于四极磁场系统的中心，所述四级磁场由四个磁极组成，包括两个N极磁极、两个S极磁极，且同性磁极处于对角位置(即两个N极磁极的连线和两个S极磁极的连接相交)；设定焊接工艺参数，工艺参数包括焊接电流、焊接电压、送丝速度和焊接速度等；调节四极磁场的激励电流，进而控制电弧形态；对增材基板进行增材制造，生成实体零件。在电弧增材制造过程中，电弧位于四极磁场系统的中间，四极磁场系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于四极磁场控制电弧增材制造的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n建立零件实体几何模型，对零件几何模型进行切片和路径规划；/n将切片和路径规划数据导入到工作平台控制系统，设置需要控制的参数；/n对焊接机器人进行零点标定；/n调节焊枪位置，使其置于四极磁场系统中心；/n设定焊接工艺参数；/n调节四极磁场系统的激励电流，控制电弧形态；/n对增材基板进行增材制造。/n

【技术特征摘要】
1.基于四极磁场控制电弧增材制造的方法，其特征在于，包括以下步骤：
建立零件实体几何模型，对零件几何模型进行切片和路径规划；
将切片和路径规划数据导入到工作平台控制系统，设置需要控制的参数；
对焊接机器人进行零点标定；
调节焊枪位置，使其置于四极磁场系统中心；
设定焊接工艺参数；
调节四极磁场系统的激励电流，控制电弧形态；
对增材基板进行增材制造。


2.根据权利要求1所述的基于四极磁场控制电弧增材制造的方法，其特征在于：在步骤“调节四极磁场系统的激励电流，控制电弧形态”中，若对磁性材料进行增材制造，则控制电弧的形态不对称的扇形，若对非磁性材料进行增材制造，则控制电弧的形态为椭圆锥形。


3.根据权利要求1所述的基于四极磁场控制电弧增材制造的方法，其特征在于：在步骤“对增材基板进行增材制造”之前，先对所述增材基板进行表面清洁，做好焊前准备。


4.根据权利要求1所述的基于四极磁场控制电弧增材制造的方法，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾介仁，王克鸿，彭勇，黄勇，周琦，郭顺，王波，
申请(专利权)人：佛山国防科技工业技术成果产业化应用推广中心，南京理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44