【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及增材制造，尤其是一种超声电弧增材制造装置。
技术介绍
1、电弧增材制造技术因其无需模具、工艺流程简单、成形效率高等优点已成为金属制造领域重点发展方向之一。电弧增材制造（wire arc additive manufacturing，waam）技术基于堆焊的理念，以电弧为热源、丝材为填充材料，借助三维软件将构件进行切片处理，按照制定路径进行成形，其优势在于成形效率高、成本低、适用材料多、能增材大型复杂的构件。除此之外，电弧增材技术还可用于金属构件的修复。
2、电弧增材制造为零部件的制造打开了新的思路，但电弧增材制造同时也存在着许多难题尚未被攻克，如熔池流动性差、增材构件成分不均匀、增材构件晶粒粗大、增材构件残余应力较大、增材构件容易生成气孔等问题，这些问题的存在不仅会影响构件的成形质量还会极大的减弱构件的力学性能、降低了构件的使用寿命。其中电弧增材中最为显著的问题是晶粒容易粗大，这是由于电弧作为热源能产生很大的热输入，再加上电弧增材制造的环境处于室温环境，所以熔池会经受快热快冷，导致熔池内部存在很大的温度梯度，造成增材成形构件形成粗大的柱状晶粒。根据hall-petch定律可得知，晶粒的尺寸越大，屈服强度越低，构件的力学性能也就越差。所以，要想得到力学性能好的增材构件，构件的晶粒必须要求细小且均匀分布。这就使得晶粒细化成了电弧增材制造中一个重要的课题。近年来，国内外许多专家学者通过将其他能场与电弧增材复合作用以达到细化晶粒、减少气孔的目的，例如磁场、超声能场、激光复合等。本专利技术是超声能场与电弧增材复合
3、超声振动丝材辅助熔化极电弧增材制造是一种利用超声能场和电弧能场的复合作用，实现金属构件的快速成形的技术。目前超声辅助的电弧增材制造主要分为两类：一类是将超声振动作用在基板或沉积层上，另一类是将超声振动作用在丝材或熔池上。前者的缺点是超声振动的作用范围和强度受到基板或沉积层的形状、尺寸、厚度、表面粗糙度等因素的影响，且超声振动的方向和熔池的移动方向不一致，可能导致熔池受到的作用不均匀；后者的缺点是超声振动的作用范围和强度受到丝材的直径、材质、送进速度等因素的影响，且超声振动可能影响丝材的输送和熔滴的过渡。超声装置上施加一定的压力顶在沉积层上，但沉积层的表面不一定够光滑平整，导致因摩擦过大引起超声能量损耗。
4、总之，现有技术还存在一些技术困难需要解决。
技术实现思路
1、专利技术目的，提供一种超声振动丝材辅助熔化极电弧增材的装置，以解决现有技术存在的上述问题。
2、技术方案，超声振动丝材辅助熔化极电弧增材的装置，包括：
3、送丝机构，用于为焊丝提供动力，将焊丝向焊枪机构方向输送；
4、焊枪机构，用于为焊丝加上电流并将焊丝带动至工作区域；
5、超声振动机构，设置在送丝机构和焊枪机构之间，通过换能器和变幅杆在焊丝上施加超声振动，使得在焊接时，超声振动随着焊丝传导至熔池，对熔池进行搅拌。
6、根据本申请的一个方面，所述超声振动机构包括：
7、换能器，与超声电源电连接，在工作时，将电能转换为振动；
8、变幅杆，与换能器连接，用于聚集换能器的能量并施加于工具头；
9、工具头，一端固定在变幅杆，另一端在工作时与焊丝的导丝管抵接，将振动能量传递至焊丝。
10、根据本申请的一个方面，所述焊枪机构包括：
11、焊枪本体，具有焊丝通过孔，焊丝从中穿过并到达焊接工作区域；
12、送丝轮，设置在焊枪本体的进丝端，用于给焊丝提供动力，
13、气瓶，与焊枪本体上设置的气体通道连通，并延伸至焊接区域，在工作时，将气体输送至焊接作业区域；
14、焊接电源，与焊丝和基板连接。
15、根据本申请的一个方面，还包括随焊枪移动的散斑结构光组件，包括：
16、结构激光发射器，用于将激光引导至焊接工作区域，将激光发射至熔池区域；
17、结构激光接收器，接收熔池区域反射的激光，并引导至激光成像单元；
18、多通道激光处理模块，包括振动通道单元、熔池形态通道单元、焊接温度通道单元和设置在通道之间的注意力模块；
19、在获取激光成像单元的数据，并预处理，然后分别送入振动通道单元、熔池形态通道单元和焊接温度通道单元进行处理；获得振动信息、熔池形态信息和焊接温度信息。
20、根据本申请的一个方面，所述振动通道单元包括：
21、熔池图像提取单元，获取激光成像单元的数据，并进行去噪和增强，获取熔池区域图像，并分割为若干个重叠的图像子区，每个图像子区包含至少一个计算点和预定数量的像素点，各个图像子区域整体形状相似；
22、位移场计算单元，比较参考熔池图像和目标熔池图像中的对应图像子区，求解出每个计算点的位移矢量，从而得到熔池区域的位移场；
23、振动参数提取单元，基于位移场的变化特征，提取振动参数。
24、根据本申请的一个方面，所述位移场计算单元进一步用于：
25、在目标熔池图像中寻找与参考熔池图像中的图像子区最相似的图像子区，以其中心点的坐标差作为初始位移值；
26、读取并对相关函数或相关系数进行泰勒展开，用迭代最小二乘的方法求解亚像素位移，在迭代求解的过程中，对目标图像中的亚像素位置进行灰度插值，以获取其灰度值；
27、通过可靠性引导法将初始值在邻近计算点之间进行扩散，计算全场位移，得到最终位移场；
28、对最终位移场进行平滑，通过不同的应变和形变计算公式，计算不同的应变和形变。
29、根据本申请的一个方面，所述焊接温度通道单元进一步为：
30、温度计算单元，读取预处理后的激光反射信号的强度和波长，采用预设的模型计算温度和吸收率；
31、t=hc/（λ×kb×in（2hc2/λ5ir+1））；α=（ai0-bir）/i0；
32、h是普朗克常数，c是光速，kb是玻尔兹曼常数，λ是激光波长，i0是入射激光强度，ir是反射激光强度；a和b是修正系数；
33、温度校正单元，基于红外传感器测量熔池区域的实际温度，与激光反射信号的估计值进行比较，根据误差进行校正。
34、根据本申请的一个方面，所述熔池形态通道单元进一步为：
35、边缘检测单元，获取激光成像单元的数据，生成图像序列并转换为灰度图，对灰度图进行滤波和增强处理；采用sobel算子对图像进行边缘提取，获取图像中灰度值变化超过阈值的区域，得到熔池的边缘图像；
36、轮廓提取单元，通过边界跟踪法对边缘图像进行轮廓提取，得到熔池的轮廓信息，将熔池的边缘用一组有序的点或线段来表示；
37、形态本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.超声振动丝材辅助熔化极电弧增材的装置，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的超声振动丝材辅助熔化极电弧增材的装置，其特征在于，所述超声振动机构包括：
3.如权利要求1所述的超声振动丝材辅助熔化极电弧增材的装置，其特征在于，所述焊枪机构包括：
4.如权利要求1至3任一项所述的超声振动丝材辅助熔化极电弧增材的装置，其特征在于，还包括随焊枪移动的散斑结构光组件，包括：
5.如权利要求4所述的超声振动丝材辅助熔化极电弧增材的装置，其特征在于，所述振动通道单元包括：
6.如权利要求5所述的超声振动丝材辅助熔化极电弧增材的装置，其特征在于，所述位移场计算单元进一步用于：
7.如权利要求4所述的超声振动丝材辅助熔化极电弧增材的装置，其特征在于，所述焊接温度通道单元进一步为：
8.如权利要求4所述的超声振动丝材辅助熔化极电弧增材的装置，其特征在于，所述熔池形态通道单元进一步为：
9.如权利要求7所述的超声振动丝材辅助熔化极电弧增材的装置，其特征在于，还包括温度场构建模块，基于拟合法对熔池的真实
10.如权利要求5所述的超声振动丝材辅助熔化极电弧增材的装置，其特征在于，所述振动参数提取单元进一步为：
...【技术特征摘要】
1.超声振动丝材辅助熔化极电弧增材的装置，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的超声振动丝材辅助熔化极电弧增材的装置，其特征在于，所述超声振动机构包括：
3.如权利要求1所述的超声振动丝材辅助熔化极电弧增材的装置，其特征在于，所述焊枪机构包括：
4.如权利要求1至3任一项所述的超声振动丝材辅助熔化极电弧增材的装置，其特征在于，还包括随焊枪移动的散斑结构光组件，包括：
5.如权利要求4所述的超声振动丝材辅助熔化极电弧增材的装置，其特征在于，所述振动通道单元包括：
6.如权利要求5所述的超声振动丝材辅助熔化极电弧增材的装置，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭勇，吕清泉，王克鸿，段梦伟，程远，张跃，袁玉荣，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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