基于局部弧压传感的电弧增材金属过渡控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于局部弧压传感的电弧增材金属过渡控制系统及方法，该系统包括弧焊组件

【技术实现步骤摘要】
基于局部弧压传感的电弧增材金属过渡控制系统及方法


[0001]本专利技术涉及电弧增材制造
，更具体的说是涉及一种基于局部弧压传感的电弧增材金属过渡控制系统及方法
。

技术介绍

[0002]目前，电弧增材是近年来发展出的一种先进制造技术，以电弧能量束为热源，通过将三维数字模型进行“二维化”分区
、
分层切片，采用分层沉积
、
逐层累加金属丝材的方式直接制造实体零部件或产品；根据热源类型不同，可将电弧增材制造技术分为钨极惰性气体保护电弧
、
等离子电弧和熔化极电弧增材制造技术，其中钨极惰性气体保护电弧和等离子电弧属于非熔化极电弧，具有电弧稳定
、
成形质量高和性能优异等优点
。
该技术普遍采用旁轴送丝，即金属丝材从电弧外部送进熔池，其过渡方式对增材过程的稳定性
、
成形质量和构件性能具有重要影响
。
[0003]非熔化极电弧增材金属过渡方式可分为滴状过渡
、
表面张力过渡和滴状
‑
表面张力联合过渡
。
其中，滴状过渡由于径向电弧力对熔滴的排斥作用，易产生金属飞溅，降低材料利用率，引发成形不连续
、
熔敷道不均匀等成形缺陷；表面张力过渡时，焊丝由熔池熔化并通过表面张力作用实现金属过渡，易产生粘丝和戳丝现象，造成咬边
、
驼峰
、
熔敷道不均匀等成形不良缺陷
。
[0004]公开号为/>CN115194293A
的现有技术公开了一种实时微调送丝实现非熔化极电弧高精度增材成形的装置及方法，包括：三维相机
、
送丝微调机构
、
非熔化极电弧增材枪和连接夹具，以三维相机采集的熔敷层图像为反馈量，以焊枪高度和送丝高度为控制量，实现对增材成形质量的控制
。
该专利技术以图像信息为反馈量，存在数据量大
、
信号处理和响应速度慢问题；此外该专利技术涉及多个控制量，且控制量之一的焊枪高度一旦发生改变，需要对规划路径进行实时修正以保证熔积过程稳定性和成形尺寸精度，设备和工艺复杂度较高
。
[0005]因此，如何实现电弧增材金属过渡方式的快速
、
便捷
、
低成本主动控制，使其连续
、
稳定工作于滴状
‑
表面张力联合过渡方式，保证电弧增材过程的稳定性和成形质量是本领域技术人员亟需解决的问题
。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供了一种基于局部弧压传感的电弧增材金属过渡控制系统及方法，能够使金属过渡始终工作于滴状
‑
表面张力联合过渡方式，实现对金属过渡过程的稳定控制
。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种基于局部弧压传感的电弧增材金属过渡控制系统，包括弧焊组件
、
基板
、
伺服电机
、
送丝装置
、
电压传感器和第一控制器；
[0009]所述弧焊组件用于生成电弧，并作用于焊丝，形成沉积层；
[0010]所述电压传感器信号采集的正负端，一端与所述基板连接，另一端与焊丝连接，用
于采集焊丝端部与沉积层表面之间的局部弧压；
[0011]所述电压传感器信号输出端与所述第一控制器连接；所述控制器根据所述局部弧压控制所述伺服电机；所述伺服电机连接所述送丝装置，用于驱动所述送丝装置，调节送丝高度
。
[0012]进一步的，还包括运动机构和第二控制器，所述运动机构与所述基板相固定，且用于根据所述第二控制预设的路径规划进行运动
。
[0013]进一步的，弧焊组件包括弧焊电源和非熔化极焊枪；
[0014]所述弧焊电源分别与所述非熔化极焊枪和所述基板电连接；在运行时，通过所述非熔化极焊枪生成的电弧形成导电回路
。
[0015]进一步的，所述非熔化极焊枪为等离子焊枪或钨极氩弧焊枪
。
[0016]一种基于局部弧压传感的电弧增材金属过渡控制方法，包括以下步骤：
[0017]根据目标构件设置路径参数；
[0018]获取第一弧压阈值和第二弧压阈值和局部弧压信号；其中所述第一弧压阈值为滴状过渡时的最大弧压值；所述第二弧压阈值为表面张力过渡时的最小弧压值；
[0019]将所述局部弧压信号与所述第一弧压阈值或所述第二弧压阈值进行比较，并计算第一弧压差；并根据比较结果确定送丝高度的调节方向，使所述送丝高度对应的弧压信号处于所述第一弧压阈值和所述第二弧压阈值之间
。
[0020]进一步的，步骤还包括：根据目标构建设置目标沉积层数
N
M
；
[0021]获取实时熔敷层数
N
；
[0022]当
N
大于
N
M
时，熄灭电弧，增材制造过程结束
。
[0023]进一步的，步骤还包括：调节所述送丝高度的同时控制送丝高度的调节速度，包括：
[0024]根据所述第一弧压阈值和所述第二弧压阈值，计算相对第二弧压差；根据所述第一弧压差和所述第二弧压差，控制送丝高度的调节速度
。
[0025]进一步的，采用多级变步长的方式进行控制所述送丝高度的调节速度，包括：
[0026]计算所述第一弧压差和所述第二弧压差的比值，得到比值系数；
[0027]设置多级系数阈值，根据所述比值系数判断过阈值情况，并根据不同的过阈值情况调节为相应级别的速度
。
[0028]进一步的，所述设置多级系数阈值，根据所述比值系数判断过阈值情况，并根据不同的过阈值情况调节为相应级别的速度，包括：
[0029]设置一级速度
、
二级速度
、
三级速度和四级速度；其中，所述一级速度
<
所述二级速度
<
所述三级速度
<
所述四级速度；
[0030]设置第一系数阈值
、
第二系数阈值和第三系数阈值；其中，所述第一系数阈值
<
所述第二系数阈值
<
所述第三系数阈值；
[0031]当所述比值系数小于所述第一系数阈值时，所述调节速度为一级速度；当所述比值系数位于所述第一系数阈值和所述第二系数阈值之间时，所述调节速度为二级速度；当所述比值系数位于所述第二系数阈值和所述第三系数阈值之间时，所述调节速度为三级速度；当所述比值系数超过所述第三系数阈值时，所述调节速度为四级速度
。
[0032]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种基于局部弧
压传感的电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于局部弧压传感的电弧增材金属过渡控制系统，其特征在于，包括弧焊组件
、
基板
、
伺服电机
、
送丝装置
、
电压传感器和第一控制器；所述弧焊组件用于生成电弧，并作用于焊丝，形成沉积层；所述电压传感器信号采集的正负端，一端与所述基板连接，另一端与焊丝连接，用于采集焊丝端部与沉积层表面之间的局部弧压；所述电压传感器信号输出端与所述第一控制器连接；所述控制器根据所述局部弧压控制所述伺服电机；所述伺服电机连接所述送丝装置，用于驱动所述送丝装置，调节送丝高度
。2.
根据权利要求1所述的一种基于局部弧压传感的电弧增材金属过渡控制系统，其特征在于，还包括运动机构和第二控制器，所述运动机构与所述基板相固定，且用于根据所述第二控制器预设的路径规划进行运动
。3.
根据权利要求1所述的一种基于局部弧压传感的电弧增材金属过渡控制系统，其特征在于，弧焊组件包括弧焊电源和非熔化极焊枪；所述弧焊电源分别与所述非熔化极焊枪和所述基板电连接；在运行时，通过所述非熔化极焊枪生成的电弧形成导电回路
。4.
根据权利要求3所述的一种基于局部弧压传感的电弧增材金属过渡控制系统，其特征在于，所述非熔化极焊枪为等离子焊枪或钨极氩弧焊枪
。5.
一种基于局部弧压传感的电弧增材金属过渡控制方法，其特征在于，包括以下步骤：根据目标构件设置路径参数；获取第一弧压阈值和第二弧压阈值和局部弧压信号；其中所述第一弧压阈值为滴状过渡时的最大弧压值；所述第二弧压阈值为表面张力过渡时的最小弧压值；将所述局部弧压信号与所述第一弧压阈值或所述第二弧压阈值进行比较，并计算第一弧压差；并根据比较结果确定送丝高度的调节方向，使所述送丝高度对应的弧压信号处于所述第一弧压阈值和所述第二弧压阈值之间
。6.
根据权利要求5所述的一种基于局部弧压传感的电弧增材金属过渡方法，其特征在于，步骤还包括：根据目标构建设置目标沉积层数
N
M<...

【专利技术属性】
技术研发人员：王义朋，李红，张禹，栗卓新，李国栋，贾强，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：