本发明专利技术公开了调控等离子弧热力分布改善等离子增材制造中沉积层形貌装置和方法，该装置是在等离子增材制造条件下，通过对电弧的热力分布动态控制，调节电弧的热力作用，影响电弧的热力分布和热输入作用范围以及熔池流动行为，改善等离子弧增材制造中沉积层的形貌。同时该装置还与结构光相机相连，通过将相机提取到的表面信号与预设的沉积层形貌作比较所得的信息作为控制信号，控制动态推拉装置使钨极内缩量发生改变，改变沉积层的宽度和高毒，达到实时控制沉积层形貌的目标。达到实时控制沉积层形貌的目标。达到实时控制沉积层形貌的目标。
【技术实现步骤摘要】
调控等离子弧热力分布改善等离子增材制造中沉积层形貌装置和方法
[0001]本专利技术涉及一种调控等离子弧热力分布改善等离子增材制造过程中沉积层形貌的装置和方法，属于电弧增材制造
技术介绍
[0002]增材制造技术是20世纪80年代后期发展起来的新型制造技术。增材制造通过对材料的“离散
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堆积”将数字模型转化成三维实体。其中电弧增材制造技术熔化效率高，成本低等特点受到国内外研究学者的关注。在增材过程中，高温液态金属熔滴连续向成形件表面平稳过渡的方式逐层累积。随着金属堆积层数的增加，逐渐增加的热积累和逐渐恶劣的散热条件使得熔池形貌与成形尺寸的控制更加困难。
[0003]为解决上述存在的问题，本专利技术公开了一种调控等离子弧热力分布改善等离子增材制造过程中沉积层形貌的装置和方法。该装置是在等离子增材制造条件下，通过对电弧的热力分布动态控制，调节电弧的热力作用，影响电弧的热力分布和热输入作用范围以及熔池流动行为，改善等离子弧增材制造中沉积层的形貌。同时该装置还与结构光相机相连，通过将相机提取到的表面信号与预设的沉积层形貌作比较所得的信息作为控制信号，控制动态推拉装置使钨极内缩量发生改变，改变沉积层的宽度和高度，达到实时控制沉积层形貌的目标。
技术实现思路
[0004]本专利技术旨在克服现有技术的不足，提供一种调控等离子弧热力分布改善等离子增材制造过程中沉积层形貌的装置和方法。利用该装置中的动态推拉装置使钨极内缩量发生变化，实现对电弧的动态控制，调节电弧的拘束作用，影响电弧的热力分布和熔池流动行为，改善等离子电弧增材制造中沉积层的形貌。同时利用相机采取图像，与预设图像进行对比传出反馈信号，利用反馈信号控制钨极内缩量变化，实现在焊接过程中对沉积层宽度和高度的实时控制。
[0005]为实现以上目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种调控等离子弧热力分布改善等离子增材制造过程中沉积层形貌的装置和方法，其特征在于：包括焊接电源(1)、离子气气瓶(2)、保护气气瓶(3)、等离子焊枪(4)、送丝装置(5)、基板(6)、计算机控制端(7)、结构光相机(8)、动态推拉装置(9)、沉积层(10)；在等离子增材制造过程中，结构光相机(8)通过夹持装置与焊枪(4)连接，位于焊枪后一定距离并随焊枪同时运动；动态推拉装置(9)通过机械连接方式与等离子焊枪(4)相连；送丝装置(5)通过连接板与焊枪(4)相连，使焊枪与送丝装置同步运动。
[0007]所述动态推拉装置包括，电动机(9
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1)、偏心连接杆(9
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3)、移动行程固定装置(9
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5)、齿轮一(9
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2)、齿轮二(9
‑
4)、钨极连接杆(9
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6)；电动机(9
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1)与齿轮一(9
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2)配合连接，齿轮一(9
‑
2)与齿轮二(9
‑
4)啮合连接，齿轮一(9
‑
2)与偏心连接杆(9
‑
3)相连，偏心连接杆
(9
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3)与钨极连接杆(9
‑
7)固定连接，移动行程固定装置(9
‑
4)与钨极连接杆(9
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7)利用滑轨进行滑动连接。电动机驱动齿轮转动，通过偏心连接杆将转动变为移动，带动钨极连接杆上下移动，实现控制钨极内缩的目的。
[0008]所述的动态推拉装置与等离子焊固定连接，动态推拉装置中的钨极连接杆与焊枪中的钨极通过特制钨极夹装配固定，通过控制动态推拉装置改变钨极内缩量，达到调控等离子电弧热力分布，控制增材过程中沉积层形貌的目的。沉积过程中通过增大钨极内缩量，增大电弧拘束度，使电弧力和热输入都增加，提高熔丝效率及堆积效率；随着沉积层高度的增加，沉积层宽度会慢慢变窄，通过减少钨极内缩量使电弧发散，降低电弧力和热输入作用范围，使沉积层宽度变宽。
[0009]所述的动态推拉装置(9)、计算机控制端(7)、结构光相机(8)相连组成反馈控制电路。结构光相机装夹于焊枪后侧，配合滤光片检测沉积层表面轮廓形貌，将形貌信息传输到计算机控制端与设定的几何形貌作比较，将比较结果输出为控制信号，控制钨极内缩量变化，调控等离子弧的热力分布状态，控制沉积层的宽度和高度，改善增材制造过程中沉积层形貌不平整缺陷，获得表面平整、成形良好的沉积层。
[0010]所述电动机可调节频率为50Hz～1000Hz，动态推拉装置所能调控的钨极内缩量为
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4mm～1mm，调控精度达0.1mm。(以等离子焊枪喷嘴为基准面)。动态推拉装置外接计算机控制端，能够根据实验要求调节电动机频率，控制齿轮转动程度和速度，控制钨极伸出和回抽的速度和大小。
[0011]所述的离子气气瓶(2)中气体种类为氩气、氩氦混合气体；保护气气瓶(3)中气体种类为氩气、氦气、氦氩混合气体。
[0012]一种调控等离子弧热力分布改善等离子增材制造过程中沉积层形貌的装置和方法包括以下步骤，
[0013]步骤一：将焊枪与动态推拉装置组装，连接等离子增材制造装备，将结构光相机和送丝装置与焊枪固定连接，使它们能随着焊枪一起同步运动，设定初始的焊接电流、送丝速度，调节相机角度及送丝高度等实验条件。
[0014]步骤二：启动等离子焊接电源和其他所需设备，按预定轨迹进行增材沉积。结构光相机检测到的沉积层表面轮廓形貌与预设形貌实时比对：若发现沉积层宽度超过预设宽度的可控范围，则增大钨极内缩量，增大电弧力、减小热输入作用范围，使沉积层宽度减小；若发现沉积层宽度小于预设宽度，则减小钨极内缩量，减小电弧力、增大电弧力作用范围，使沉积层宽度增加。
[0015]步骤三：回到初始位置，将焊枪提高一定的高度。
[0016]步骤四：重复步骤二与步骤三的操作，不断循环往复沉积得到所需的结构件。
[0017]本专利技术的有益效果：
[0018](1)相较于现有专利技术，本专利技术利用动态推拉装置调控钨极内缩量，实现对电弧热力分布的动态控制，调节焊枪对电弧的拘束作用，影响电弧力大小和热输入作用范围以及熔池流动行为，改善等离子电弧增材制造中沉积层的形貌。
[0019](2)本专利技术通过相机和计算机与动态推拉装置连接，形成反馈控制电路，实现在增材过程中对沉积层形貌的实时控制。
附图说明
[0020]图1是本专利技术一种调控等离子弧热力分布改善等离子增材制造过程中沉积层形貌的装置示意图，采用旁轴送丝的方式。
[0021]图2是动态推拉装置。
[0022]图中 1、焊接电源；2、离子气气瓶 3、保护气气瓶；4、等离子焊枪；5、送丝装置；6、基板；7、计算机控制端；8、结构光相机；9、动态推拉装置：电动机(9
‑
1)、偏心连接杆(9
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3)、移动行程固定装置(9
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5)、齿轮一(9
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2)、齿轮二(9...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.调控等离子弧热力分布改善等离子增材制造中沉积层形貌装置，其特征在于：包括焊接电源(1)、离子气气瓶(2)、保护气气瓶(3)、等离子焊枪(4)、送丝装置(5)、基板(6)、计算机控制端(7)、结构光相机(8)、动态推拉装置(9)和沉积层(10)；所述焊接电源(1)、离子气气瓶(2)和保护气气瓶(3)与等离子焊枪(4)连接，在等离子增材制造过程中，结构光相机(8)通过夹持装置与等离子焊枪(4)连接，位于等离子焊枪(4)后一定距离并随等离子焊枪(4)同时运动；动态推拉装置(9)通过机械连接方式与等离子焊枪(4)相连；送丝装置(5)通过连接板与等离子焊枪(4)相连，使等离子焊枪(4)与送丝装置(5)同步运动；所述沉积层(10)设于基板(6)上，送丝装置(5)与动态推拉装置(9)正对沉积层(10)；所述结构光相机(8)和动态推拉装置(9)与计算机控制端(7)连接。2.根据权利要求1所述的调控等离子弧热力分布改善等离子增材制造中沉积层形貌装置，其特征在于：所述动态推拉装置包括，电动机(9
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1)、偏心连接杆(9
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3)、移动行程固定装置(9
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5)、齿轮一(9
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2)、齿轮二(9
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4)、钨极连接杆(9
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6)；电动机(9
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1)与齿轮一(9
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2)配合连接，齿轮一(9
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2)与齿轮二(9
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4)啮合连接，齿轮一(9
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2)与偏心连接杆(9
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3)相连，偏心连接杆(9
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3)与钨极连接杆(9
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7)固定连接，移动行程固定装置(9
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4)与钨极连接杆(9
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7)利用滑轨进行滑动连接；电动机(9
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1)驱动齿轮一(9
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2)转动，通过偏心连接杆(9
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3)将转动变为移动，带动钨极连接杆(9
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6)上下移动，实现控制钨极内缩的目的。3.根据权利要求1所述的调控等离子弧热力分布改善等离子增材制造中沉积层形貌装置，其特征在于：所述的动态推拉装置与等离子焊枪固定连接，动态推拉装置中的钨极连接杆与...
【专利技术属性】
技术研发人员：张国凯，许志合，蒋凡，陈树君，徐斌，彭勇，
申请(专利权)人：南京理工大学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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