本发明专利技术公开了一种优化高氮钢CMT增材过程电弧稳定性的装置及方法，包括送丝机、增材机器人、高速摄像机、三角支架、计算机、电信号采集盒、CMT焊接电源以及保护气，所述送丝机一侧设有保护气，与现有技术相比，本发明专利技术首先预设峰值电流范围240A～300A，预设峰值电流持续时间为2～3ms，此条件有利于电弧稳定，并进一步通过收集的电流电压波形结合电弧图像，计算电弧稳定燃烧的能量，并于预设的能量阈值进行对比，并同时反馈给所述CMT电源进行输出电流电压波形的实时调节，这样可以及时控制电弧燃烧能量，提高电弧稳定性，有效地解决了高氮钢电弧增材过程飞溅多、烟尘大的难题。可以广泛应用于高氮钢熔化极电弧增材过程。用于高氮钢熔化极电弧增材过程。用于高氮钢熔化极电弧增材过程。
【技术实现步骤摘要】
一种优化高氮钢CMT增材过程电弧稳定性的装置及方法
[0001]本专利技术涉及优化高氮钢CMT增材过程电弧稳定性的装置
，具体为一种优化高氮钢CMT增材过程电弧稳定性的装置及方法。
技术介绍
[0002]高氮奥氏体不锈钢是近几年来发展非常迅速的一种新型钢,用廉价的氮代替昂贵的镍而用于奥氏体钢中，以节省元素Ni，且具有突出的成本优势和优异的机械性能、高速抗冲击性能、耐腐蚀性能和不致敏性能,因而在大型基建、军工、船舶等领域得到日益广泛的关注和应用。且以电弧作为热源的丝材增材制造技术具有沉积效率高、成本低、材料利用率高等优点广泛用于电弧增材制造。
[0003]由于高氮钢焊丝成分中氮、锰含量较高，在熔化极电弧增材工艺条件下，容易产生大量飞溅和烟尘。极大地增加了清理工作量和缺陷产生的概率，通过研究分析，焊丝熔化形成末端熔滴后，熔滴形貌不能稳定存在，由于氮的溶解度会随着温度的升高而降低，这就使得高氮钢熔滴会发生膨胀，膨胀到一定程度时熔滴发生爆破，导致熔滴过渡不稳定，而熔滴形貌的变化会造成电弧形态的破损，导致电弧不稳定，进而造成高氮钢增材过程产生大量烟尘。这些飞溅及烟尘颗粒在空气中被氧化后落在构件表面，在移动电弧热源的加热作用下重新熔化进入层间，进而导致增材件层间产生裂纹。
[0004]因此，减小高氮钢电弧增材过程中因熔滴、电弧不稳定产生的飞溅和烟尘，提高增材过程的稳定性和增材件的合格率是高氮钢电弧增材亟待解决的问题。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的在于提供一种优化高氮钢CMT增材过程电弧稳定性的装置及方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种优化高氮钢CMT增材过程电弧稳定性的装置，包括送丝机、增材机器人、高速摄像机、三角支架、计算机、电信号采集盒、CMT焊接电源以及保护气，所述送丝机一侧设有保护气，所述送丝机另一侧设有增材机器人，所述增材机器人末端设有工作台，所述工作台和增材机器人之间设有基板，所述工作台和增材机器人一侧设有高速摄像机，所述送丝机底部设有CMT焊接电源，所述CMT焊接电源、基板以及高速摄像机内均设有电信号采集盒，所述计算机通过电信号采集盒采集CMT焊接电源、基板以及高速摄像机的电信号。
[0008]优选的，所述CMT焊接电源产生呈CMT周期性的电流电压波形。
[0009]优选的，所述高速摄像机最佳焦距设置为焊丝末端到镜头的.m，与水平方向的夹角为20
°
，用采集电弧形态图像。
[0010]优选的，所述电信号采集盒用于采集与高速摄像机所获取的电弧图像数据相对应的电信号，并将获得的图像数据与电信号传输至所述计算机，所述电信号采集盒与高速摄像机实现同步采集，所述高速摄像机所获得的每张图像与电信号采集盒所采集的瞬时电流
电压相对应，实现对不同瞬时电流电压下高氮钢CMT增材过程电弧形态的观察。
[0011]优选的，通过控制所述CMT焊接电源上峰值电流及峰值电流持续时间，使熔滴在CMT周期内完成熔滴过渡，并结合所述电信号采集盒所采集的电流电压，通过所述计算机计算出单个周期内的电弧燃烧能量，在保证每一道熔覆金属成形良好的基础上减小电弧燃烧能量，减少熔滴的爆破频率，减小飞溅。
[0012]一种优化高氮钢CMT增材过程电弧稳定性的方法，包括如下步骤：
[0013]步骤1：搭建包括送丝机、增材机器人、高速摄像机、三角支架、计算机、电信号采集盒、CMT焊接电源以及保护气的优化高氮钢CMT增材过程电弧稳定性的装置；
[0014]步骤2：通过调节优化高氮钢CMT增材过程电弧稳定性的装置的CMT电源上的峰值电流大小范围为240A～300A，峰值电流时间范围为2～3ms；通过控制峰值电流和峰值电流时间，在保证每一道熔敷金属成型良好的基础上减小因熔滴过大进而爆炸产生的飞溅；
[0015]步骤3：所述高速摄像机聚焦于焊丝末端用于采集电弧形态图像，并将图像显示在所述计算机上，并对峰值阶段的电弧图像进行逐帧截取；
[0016]步骤4：所述电信号采集盒同时收集增材过程的电流电压波形，并上传至所述计算机，此时的电流电压值与所述高速摄像机拍摄的电弧图像一一对应；
[0017]步骤5：结合Origin软件，利用热输入方程用所获得的电流电压值计算单个燃弧周期内的能量,其中Ui和Ii分别为瞬时电流和瞬时电压。能量输入表示单个燃弧周期内的总能量输入；
[0018]步骤6：设置CMT单个燃弧周期内电弧稳定燃烧的能量阈值为10J。所述计算机会实时将增材过程电弧燃烧的能量与预设阈值进行对比，同时反馈给所述CMT电源进行输出电流电压波形的实时调节。
[0019]优选的，高氮钢丝材直径为1.0mm或1.2mm，送丝速度3
‑
7m/min，焊接速度3
‑
6mm/s，熔化极保护气采用93.5％Ar+5％N2+1.5％O2混合气体，气流量为15
‑
20L/min。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术首先预设峰值电流范围240A～300A，预设峰值电流持续时间为2～3ms，此条件有利于电弧稳定，并进一步通过收集的电流电压波形结合电弧图像，计算电弧稳定燃烧的能量，并于预设的能量阈值进行对比，并同时反馈给所述CMT电源进行输出电流电压波形的实时调节，这样可以及时控制电弧燃烧能量，提高电弧稳定性，有效地解决了高氮钢电弧增材过程飞溅多、烟尘大的难题，可以广泛应用于高氮钢熔化极电弧增材过程。
附图说明
[0021]图1为本专利技术电弧增材系统的示意图；
[0022]图2为本专利技术单个燃弧周期电弧燃烧能量图；
[0023]图3为本专利技术的一个具体实施例的电流电压波形控制曲线与电弧动态变化过程对应的示意图；
[0024]图4为本专利技术的一个具体实施案例的高氮钢焊缝形貌以及局部放大图。
[0025]图中：1、送丝机；2、增材机器人；3、基板；4、工作台；5、高速摄像机；6、三角支架，7、计算机；8、电信号采集盒；9、CMT焊接电源；10、保护气。
具体实施方式
[0026]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。
[0027]请参阅图1
‑
4，本专利技术提供一种技术方案：
[0028]一种优化高氮钢CMT增材过程电弧稳定性的装置，包括送丝机、增材机器人、高速摄像机、三角支架、计算机、电信号采集盒、CMT焊接电源以及保护气，所述送丝机一侧设有保护气，所述送丝机另一侧设有增材机器人，所述增材机器人末端设有工作台，所述工作台和增材机器人之间设有基板，所述工作台和增材机器人一侧设有高速摄像机，所述送丝机底部设有C本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种优化高氮钢CMT增材过程电弧稳定性的装置，其特征在于，包括送丝机(1)、增材机器人(2)、高速摄像机(5)、三角支架(6)、计算机(7)、电信号采集盒(8)、CMT焊接电源(9)以及保护气(10)，所述送丝机(1)一侧设有保护气(10)，所述送丝机(1)另一侧设有增材机器人(2)，所述增材机器人(2)末端设有工作台(4)，所述工作台(4)和增材机器人(2)之间设有基板(3)，所述工作台(4)和增材机器人(2)一侧设有高速摄像机(5)，所述送丝机(1)底部设有CMT焊接电源(9)，所述CMT焊接电源(9)、基板(3)以及高速摄像机(5)内均设有电信号采集盒(8)，所述计算机(7)通过电信号采集盒(8)采集CMT焊接电源(9)、基板(3)以及高速摄像机(5)的电信号。2.根据权利要求1所述的一种优化高氮钢CMT增材过程电弧稳定性的装置，其特征在于，所述CMT焊接电源(9)产生呈CMT周期性的电流电压波形。3.根据权利要求1所述的一种优化高氮钢CMT增材过程电弧稳定性的装置，其特征在于，所述高速摄像机(5)最佳焦距设置为焊丝末端到镜头的0.5m，与水平方向的夹角为20
°
，用采集电弧形态图像。4.根据权利要求1所述的一种优化高氮钢CMT增材过程电弧稳定性的装置，其特征在于，所述电信号采集盒(8)用于采集与高速摄像机(5)所获取的电弧图像数据相对应的电信号，并将获得的图像数据与电信号传输至所述计算机(7)，所述电信号采集盒(8)与高速摄像机(5)实现同步采集，所述高速摄像机(5)所获得的每张图像与电信号采集盒(8)所采集的瞬时电流电压相对应，实现对不同瞬时电流电压下高氮钢CMT增材过程电弧形态的观察。5.根据权利要求1所述的一种优化高氮钢CMT增材过程电弧稳定性的装置，其特征在于，通过控制所述CMT焊接电源(9)上峰值电流及峰值电流持续时间，使熔滴在CMT周期内完成熔滴过渡，并结合所述电信号采集盒(8)所...
【专利技术属性】
技术研发人员：王克鸿，章晓勇，王波，彭勇，黄勇，周明，
申请(专利权)人：广东艾迪特智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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