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申请/专利权人：华北理工大学

摘要：本发明涉及一种提高厚壁构件电弧增材制造效率的装置及方法，所述装置由电弧增材制造部分、流体冷却部分、测控部分与有限元模型部分组成。在电弧增材制造过程中，流体冷却部分主要由带有冷却管道的移动压板、水槽、循环水泵及进出水温度计所组成，移动压板分布于成形件三个方向上，能够有效带走沉积过程中的热量。测控部分负责记录弧焊的电流与电压变化情况，结合冷却效果，经运算后发出指令，实时调整流体温度与速度等冷却参数。有限元模型部分负责根据预定工艺参数预估所需要的层冷时间，并根据目标值对冷却工艺参数进行优化。本发明能够以较短的层间等待时间实现对增材制造过程中层间温度的精准调控，不但提高生产效率，而且保证组织性能的均匀性。

主权项：1.一种提高厚壁构件电弧增材制造效率的方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一：验证电弧增材制造有限元模型的有效性：（1）采用JMatPro软件获得材料的热物参数。（2）根据电弧增材制造焊道形貌确定热源类型及参数，采用Fortran语言进行热源子程序编程。（3）建立电弧增材制造三维有限元模型，划分单元网格，确定单元类型。（4）设定载荷及热交换边界条件。（5）提交运算，验证有限元与试验中特征点的温度-时间曲线；步骤二：根据增材制造工艺，预估冷却至层间温度所需时间，确定相关冷却参数：对于电弧增材制造来说，热量累积主要与焊接电流、焊接电压、移动路径及散热条件有关。移动压板是冷却增材制造部件的关键装置，影响冷却效果的主要参数有：管道直径、流体速度、流体温度、管道在压板内排布等。根据所构建的电弧增材制造模型，获得耦合流体冷却系统时增材制造构件的温度分布情况，分析各冷却工艺参数对层间等待时间的影响规律。依据增材制造工艺所要求的层间等待时间，反推出所需要的冷却工艺参数。当层间等待时间较长时，需调整冷却系统的管道设计参数与流体速度等。直至层间等待时间满足生产需求；步骤三：启动电弧增材制造机构，逐层堆积：按照预设的工艺参数进行沉积，采用非接触式温度测量系统，包括红外温度计与红外高温计。记录实际的层间等待时间，并与目标时间进行比较。当实际的层间等待时间大于目标时间，采用提高流体速度、增加移动压板压力等方法，提高热传递效率；步骤四：堆积完成。待层间温度降至设定温度后，进行下一层沉积。重复步骤三，直至完成构件剩余部分的沉积工作。撤去流体冷却部分，焊枪恢复初始位置，等待下次工作。

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