一种复合能量冲击消除电弧增材制造残余应力的装置与方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112958875A(43)申请公布日2021.06.15(21)申请号202110299395.X(22)申请日2021.03.19(71)申请人南京航空航天大学地址210016江苏省南京市江宁区将军大道29号材料科学与技术学院D10(72)发明人占小红陈丹王磊磊周旭东(51)Int.Cl.B23K9/04(2006.01)B23K9/32(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图2页(54)发明名称一种复合能量冲击消除电弧增材制造残余应力的装置与方法(57)摘要本发明公开了一种复合能量冲击消除电弧增材制造残余应力的装置与方法，属于电弧增材制造领域。针对目前电弧增材制造成形过程中，由于构件反复经历复杂的升温和降温而产生残余应力和变形，提出了利用豪克能技术和滚压轮同时作用于电弧增材构件表面，实现实时消除电弧增材构件中残余应力、提升增材构件性能的目的，减少了零件的后续加工处理。其特征在于，通过红外测温系统实时监测电弧增材过程的构件温度，实时控制滚压轮及其上方随动的豪克能振动冲击设备，共同垂直作用于增材表面，从而改善其内部残余应力。本发明在消除增材件的残余应力时，结合了豪克能的振动冲击力和滚压轮的挤压力，相比单一的冲击力或挤压力更适用于堆积而成的增材构件。CN112958875ACN112958875A权利要求书1/1页1.一种复合能量冲击消除电弧增材制造残余应力的装置，其特征在于，包括红外实时测温系统(1)、电弧增材系统(2)和豪克能滚压系统(3)三部分：所述红外实时测温系统包括红外热像仪(11)、成像温度分析平台(12)、数据线(13)，其中，所述红外热像仪的测试温度范围为100℃～1800℃，所述红外热像仪连接成像温度分析平台，实时监控电弧增材过程的热输入；所述电弧增材系统包括电弧增材电源、机器人、机器人控制柜、送丝机构(21)、基板(22)、沉积构件(23)、保护气(24)以及焊枪(25)，所述电弧增材系统连接成像温度分析平台，实时控制电弧增材过程的热输入；所述豪克能滚压系统包括滚轮(31)、豪克能设备(32)、控制器(33)，所述滚轮和豪克能设备的移动由同一台控制器控制，所述控制器与成像温度分析平台相连接，沿增材路径实时冲击和碾压。2.根据权利要求1所述的复合能量冲击消除电弧增材制造残余应力的装置，其特征在于，所述豪克能振动设备位于滚轮的上方，两者均垂直作用于增材构件上表面。3.根据权利要求1所述的复合能量冲击消除电弧增材制造残余应力的装置，其特征在于，所述豪克能冲击设备作用于滚轮上，滚轮与增材件表面接触，在挤压沉积层的同时对其进行振动冲击，挤压轮的宽度略大于单道焊缝宽度。4.一种复合能量冲击消除电弧增材制造残余应力的方法，其特征在于，所述方法具体步骤如下：(1).构建增材几何数模，并将其导入到增材成形的分层软件中，规划设置增材路径；(2).将打磨处理后的基板装夹固定于焊接工作平台上，调试红外热像仪等相关设备；(3).开启红外热像仪设备，实时监控增材过程中增材构件的温度变化，并同步传输到豪克能设备与滚压设备的移动控制器内；(4).开启豪克能设备电源、滚压设备电源、焊接电源，确定基板上的增材起点，开始增材；(5).按照规划的增材路径完成电弧增材，依次关闭焊接电源、豪克能设备、滚压设备。5.根据权利要求4所述的复合能量冲击消除电弧增材制造残余应力的方法，其特征在于，根据金属材料的性能参数、增材的高度选择豪克能振动参数和滚压参数；根据红外热像仪监控的实时温度确定增材焊枪与滚压轮之间的距离，使豪克能滚压区域在增材金属的重结晶温度范围内。2CN112958875A说明书1/3页一种复合能量冲击消除电弧增材制造残余应力的装置与方法技术领域[0001]本发明涉及电弧增材技术领域，尤其涉及一种复合能量冲击消除电弧增材制造残余应力的装置与方法。背景技术[0002]增材制造技术以其成形速度快、制造成本低等突出优点，成为了目前航空航天等多个领域炙手可热的研究热点。与焊接、铆接、机加工等工艺相比，增材制造技术减重效果显著、气密性好、疲劳性能高、生产效率高，更易实现自动化、柔性化制造。增材制造技术通过分层堆积和热源逐层熔覆技术完成构件的制造，目前已经成功在铝合金、钛合金、不锈钢等金属中生产应用。尤其是铝合金的电弧增材技术，具有堆积速率高、材料利用率高、生产成本低、开放的成形环境对成形件尺寸无限制等优点，具备大尺寸零件成型的能力，在航天航空大型复杂铝合金结构件的生产方面，有望实现铝合金大型复杂结构件的快速近净成型。[0003]而在国内航空领域，目前基本无电弧增材件应用于客机、军用机、无人机的前例，以及正式采用含有较大尺寸增材制造零件的飞机进行服役。主要原因是金属材料在