CN102922108A - 一种等离子焊接快速成形的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种等离子焊接快速成形的系统，中心控制器根据目的成形零件的形状建模，对建立的模型进行切片及数据处理，生成焊接成形路径代码，以及生成控制等离子电源工作模式的控制信号；等离子电源依据控制信号启动与控制信号对应的工作模式；焊接装置依据该工作模式下的工艺参数产生电弧熔化填充的焊丝，形成熔池，并在成形基板的表面，沿着焊接成形路径，逐层堆积形成实体目的成形零件。本申请提供的系统，利用温度控制装置调节等离子电源的输出功率，进而控制熔池的温度，从而提高了成形零件的精度。

Description

一种等离子焊接快速成形的系统和方法

技术领域

本申请属于材料加工技术领域，尤其涉及一种等离子焊接快速成形的系统和方法。

背景技术

快速成形是基于离散/堆积成形原理，将根据目的成形零件的形状制作的零件三维模型，沿某一坐标方向按一定的厚度进行分层切片处理，然后由焊接电弧将金属丝材熔化，按既定的成形路径堆积成形每一薄层，层层堆积最终形成三维实体零件。

现有的快速成形技术常采用激光成形技术和熔焊成形技术，一般是采用激光或者电弧作为热源，将填充材料熔化并堆积在基板上，一层一层进行堆积，一层完成后调节基板或焊接装置的高度，继续进行下一层的堆积，直至完成整个零件模型。

但是，由于在成形过程中，热量的不断积累会导致熔池的温度逐渐升高，而熔池的温度变化会导致凝固的焊道形状变化，当熔池的温度过高或过低都会导致焊道的形状不规则，进而使得成形零件的表面精度受影响。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种等离子焊接快速成形的系统，使完成的零件表面平整光滑。

为保证本申请提供的一种等离子焊接快速成的系统在实际中的应用，还提供了一种等离子焊接快速成形的方法。

一种等离子焊接快速成形的系统，包括：中心控制器、焊接装置、等离子电源和温度控制装置；

所述中心控制器，用于根据目的成形零件的形状建模，并对建立的模型进行切片及数据处理，生成焊接成形路径代码，以及生成控制所述等离子电源工作模式的控制信号；

所述等离子电源，用于依据所述控制信号启动与所述控制信号对应的工作模式，并输出与所述工作模式对应的工作电流；

所述焊接装置，用于依据所述工作模式下的工艺参数产生电弧熔化填充的焊丝，并在基板的表面所述成形路径堆积成形一层，逐层堆积形成实体目的成形零件；

所述温度控制装置，用于在成形过程中对熔池的温度进行实时测量，对测量得到的温度值进行分析得到反馈信号，并依据反馈信号调整工作电流的功率，从而实现对熔池温度的控制。

上述的系统，优选的，还包括：

测温仪，用于对所述熔池的温度进行测量；

调节器，用于将所述测温仪测得的熔池的温度与预设温度进行比较，并依据比较结果对所述等离子电源的输出功率进行调节。

上述的系统，优选的，所述焊接装置包括：焊接控制器、焊接机器人、焊枪和变位机；

所述焊接控制器，用于依据所述中心控制器的焊接成形路径代码生成焊枪路径轨迹和变位机移动轨迹；

所述焊接机器人，用于夹持所述焊枪，并依据所述焊枪路径轨迹移动，使得焊枪移动的轨迹与所述焊枪路径轨迹相同；

所述焊枪，用于依据所述等离子电源的工作电流，产生等离子电弧熔化预设的焊丝，使所述焊丝熔融后沿着预设的焊枪路径轨迹分布，逐层堆积至所述基板上；

所述变位机，用于固定所述的基板，并依据所述焊接控制器的变位机移动轨迹运动。

上述的系统，优选的，所述等离子电源包括：

等离子维弧电源，用于为所述焊枪提供起弧电流，所述起弧电流用于触发所述焊枪的维弧；

等离子主弧电源，由所述等离子维弧电源触发，用于为所述焊枪提供工作电流，在所述焊枪的维弧触发后，由所述工作电流在所述焊枪与所述基板之间产生主弧；所述主弧用于熔化焊丝。

上述的系统，优选的，所述焊接装置还包括：

送丝机，用于依据所述预设的送丝速度对所述焊枪传输焊丝。

上述的系统，优选的，所述焊接装置还包括：

冷却水箱，用于提供对所述焊枪进行降温的冷却水。

一种等离子焊接快速成形的方法，应用于如上述任意一项所述的系统中，包括：

中心控制器根据目的成形零件的形状建模，并对建立的模型进行切片及数据处理，生成焊接成形路径代码，以及生成控制所述等离子电源工作模式的控制信号；

等离子电源依据所述控制信号启动与所述控制信号对应的工作模式，并输出与所述工作模式对应的工作电流；

焊接装置依据所述工作模式下的工艺参数产生电弧熔化填充的焊丝，并在基板的表面所述成形路径堆积成形一层，逐层堆积形成实体目的成形零件；

温度控制装置在成形过程中对熔池的温度进行实时测量，对测量得到的温度值进行分析得到反馈信号，并依据反馈信号调整工作电流的功率，从而实现对熔池温度的控制。

上述的方法，优选的，温度控制装置在成形过程中对熔池的温度进行实时测量，对测量得到的温度值进行分析得到反馈信号，并依据反馈信号调整工作电流的功率包括：

对所述熔池的温度进行测量；

将所述熔池的温度与预设温度进行比较，并依据比较结果对所述等离子电源的输出功率进行调节。

一种等离子焊接快速成形的系统，包括：本申请提供一种等离子焊接快速成形的系统，包括：中心控制器、焊接装置、等离子电源和温度控制装置；本申请提供一种等离子焊接快速成形的系统，中心控制器根据目的成形零件的形状建模，对建立的模型进行切片及数据处理，生成焊接成形路径代码，以及生成控制等离子电源工作模式的控制信号；等离子电源依据控制信号启动与控制信号对应的工作模式；焊接装置依据该工作模式下的工艺参数产生电弧熔化填充的焊丝，形成熔池，并在成形基板的表面，沿着焊接成形路径，逐层堆积形成实体目的成形零件。本申请提供的系统，利用温度控制装置调节等离子电源的输出功率，进而控制熔池的温度，从而提高了成形零件的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请提供的一种等离子焊接快速成形的系统实施例1的结构示意图；

图2是本申请提供的一种等离子焊接快速成形的系统实施例1中等离子电源的结构示意图；

图3是本申请提供的一种等离子焊接快速成形的系统实施例1中焊接装置的结构示意图；

图4是本申请提供的一种等离子焊接快速成形的系统实施例1中温度控制装置的结构示意图；

图5是本申请提供的一种等离子焊接快速成形的系统实施例1的反馈系统的工作原理图：

图6是本申请提供的一种等离子焊接快速成形的系统实施例2的结构示意图：

图7是本申请提供的一种等离子焊接快速成形的系统实施例2的应用场景示意图；

图8是本申请提供的一种等离子焊接快速成形的方法实施例1的流程图：

图9是本申请提供的一种等离子焊接快速成形的方法实施例1中步骤S104的具体流程图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

参见图1，示出了本申请提供的一种等离子焊接快速成形的系统实施例1的结构示意图，包括：中心控制器101、等离子电源102、焊接装置103和温度控制装置104；

其中，所述中心控制器101用于根据目的成形零件的形状建模，并对建立的模型进行切片及数据处理，生成焊接成形路径代码，以及生成控制所述等离子电源工作模式的控制信号；

中心控制器101中含有CAD（Computer Aided Design，计算机辅助设计）软件（如PRO/E建模软件）、切片软件等。

中心控制器101首先使用CAD软件PRO/E对目的成形三维实体零件进行精确的建模，使得目的成形零件的结构精确呈现在建立的模型中，最后利用切片软件将建立的三维模型进行切片分层，得到各层截面的二维轮廓信息，利用单道焊道数据对二维轮廓进行填充，最终生成焊接装置103进行焊接时的焊接成形路径代码。

与焊接成形路径代码对应的，还有以及控制所述等离子电源102工作模式的控制信号。

每种等离子电源工作模式对应不同的参数选择信息，如电流幅值、占空比等。

其中，所述等离子电源102用于依据所述控制信号启动与所述控制信号对应的工作模式，并输出与所述工作模式对应的工作电流；

等离子电源具有多种工作模式，每种工作模式对应产生的工作电流不同，工作电流与焊枪1033产生的主弧相关。

由于各种目的成形零件的材质、厚度等条件不同，因此成形的工艺参数也不同，因此当对某一种目的成形零件进行焊接快速成形时，需要等离子电源启动某一种工作模式产生工作电流，该工作电流能够使焊枪1033产生合适的电弧能量，使成形零件获得最佳的成形质量。

等离子电源102为焊接装置103提供工作电流，使得焊接装置103的焊接部件焊枪能够在工作电流的作用下生成电弧，熔化焊丝进行焊接成形。

参见图2，示出了本申提供的一种等离子焊接快速成形的系统实施例1中等离子电源102的结构示意图，所述等离子电源102包括：等离子维弧电源1021和等离子主弧电源1022；

其中，所述等离子维弧电源1021用于为所述焊枪1033提供起弧电流，由所述起弧电流触发所述焊枪1033的维弧；

由于等离子焊接的电弧和普通的氩弧焊不同，氩弧焊焊枪的钨极外漏，因此与焊接工件之间的距离很近，容易起弧，电弧是发散的，而等离子焊接的原理是在氩弧焊的基础上，焊枪的钨极收缩在压缩喷嘴内部，因此钨极距离工件较远，不容易起弧，因此需要首先通过等离子维弧电源1021在焊枪1033的压缩喷嘴和钨极之间产生维弧，并且使维弧的焰流和基板导通形成主弧。

其中，所述等离子主弧电源1022由所述等离子维弧电源触发，用于为所述焊枪1033提供工作电流，由所述工作电流触发所述焊枪1033与所述基板成形之间产生的主弧；所述主弧用于熔化焊丝，并在基板的表面按预设的成形路径堆积成形一薄层，逐层堆积形成实体目的成形零件；

主弧能量的大小与等离子主弧电源1022提供的工作电流的幅值和占空比相关，工作电流和占空比越大，主弧的能量越高。实际实施中，可根据成形的质量以及切片层厚等对等离子主弧电源1022提供的工作电流的幅值和/或占空比进行调节。

实际实施中，中心控制器101可直接发出调用等离子电源102工作模式的JOB号，每种工作模式对应一个JOB号。等离子电源102接收到该JOB号后，直接确定对应的工作模式下的工艺参数。

其中，所述焊接装置103依据所述工作模式下的工艺参数产生电弧熔化填充的焊丝，并在基板的表面所述成形路径堆积成形一层，逐层堆积形成实体目的成形零件。

参见图3，示出了本申提供的一种等离子焊接快速成形的系统实施例1中焊接装置103的结构示意图，所述焊接装置103包括：焊接控制器1031、焊接机器人1032、焊枪1033和变位机1034；

其中，所述焊接控制器1031用于依据所述中心控制器101的焊接成形路径代码生成焊枪1033路径轨迹和变位机1034移动轨迹；

焊接控制器1031直接控制夹持焊枪1033的焊接机器人1032和变位机1034，将中心控制器101发出的焊接成形路径代码传输给焊接控制器1031，焊枪1033沿着目的成形零件分层的每一层中的焊枪路径轨迹移动，以及控制变位机1034按照成形移动轨迹运动。

其中，所述焊接机器人1032用于夹持所述焊枪1033，并依据所述焊接控制器1031的焊枪1033路径轨迹移动，使得焊枪1033的移动轨迹与所述焊枪1033路径轨迹相同；

焊接机器人1032受所述焊接控制器1031控制，依据焊接控制器1031发送的焊枪1033路径轨迹移动，使焊接机器人1032夹持的焊枪1034运行到预设的焊枪路径轨迹中。

其中，所述焊枪1033用于依据所述等离子电源102的工作电流，产生等离子电弧熔化预设的焊丝，使所述焊丝熔化后沿着预设的焊枪1033路径轨迹分布，逐层堆积至所述基板上；

等离子电弧包括维弧和主弧两个部分。

维弧是用于使焊枪1033的压缩喷嘴和钨极之间电路联通的，当焊枪1033的压缩喷嘴和钨极之间产生维弧后，后续的焊接工作的等离子电弧是指主弧。

其中，所述变位机1034用于固定所述基板，并依据所述焊接控制器1031的变位机移动轨迹运动。

变位机1034首先固定基板，并根据焊接控制器1031的程序指令，并以翻转和转动的方式运动，焊接机器人1032夹持焊枪1033在基板上运动，根据路径规划的方式，必要时结合变位机1034的移动，进行快速成形。

例如：当目的成形零件为轴对称的柱形时，为减小焊接过程的复杂程度，只需将目的成形零件的中心轴作为旋转轴，使基板在变位机1034上旋转。在焊接成形某一层时，将焊枪1033的位置固定，只将变位机1034转动，就可以形成圆环状的焊道成形，当目的成形零件的一层成形完毕后，将焊枪1033的位置提高一层的距离，变位机1034重复运动，实现下一层的堆积。

其中，所述温度控制装置104，用于在成形过程中对熔池的温度进行实时测量，对测量得到的温度值进行分析得到反馈信号，并依据反馈信号调整工作电流的功率，从而实现对熔池温度的控制。

温度控制装置104对熔池的温度进行测量，并将测量的温度值经过预设的计算规则进行分析计算，得到反馈信号，由该反馈信号对等离子电源102输出的工作电流功率进行调节，进而实现对焊枪1033的功率的调节，使得熔池的温度保持在一定的范围内稳定，使熔池冷却形成的焊道规则，进而使得成形零件表面平整。

参见图4，示出了本申提供的一种等离子焊接快速成形的系统实施例1中温度控制装置104的结构示意图，所述温度控制装置104包括：测温仪1041和调节器1042；

其中，所述测温仪1041用于对所述熔池的温度进行测量；

焊接快速成形的过程是将填充材料即焊丝不断填充到在电弧（维弧和主弧）作用下产生的熔池内，凝固形成单道焊道，逐道逐层沉积形成零件，因此在填充材料不断堆积的过程中，在电弧的热输入不变的情况下，随着堆积道数和层数的增加，热量不断累积，从而导致熔池的温度不断升高。而熔池是依靠电弧熔化焊丝和部分基体形成的，熔池不断凝固形成焊道，因此熔池的形状决定了焊道的形状。而熔池的温度升高将改变熔池的形状，进而影响焊道的形状，最终使得成形零件的表面精度受影响。

因此需要对熔池的温度进行控制，进而提高成形零件的表面精度。

测温仪1041实时对熔池的温度进行测量，并将测得的温度传输至调节器1042进行分析。

由于熔池的温度很高，直接测量不易实现，在具体操作中，可采用红外热像仪进行测量。

其中，所述调节器1042用于将所述测温仪1041测得的熔池的温度与预设温度进行比较，并依据比较结果对所述等离子电源102的输出功率进行调节。

调节器1042将所述测温仪1041测得的熔池的温度与预设温度进行比较，当温度高于预设温度时，调节器输出调节信号，使等离子电源102输出的工作电流的强度或占空比减小，进而使熔池温度降低；当温度低于预设温度时，调节器输出调节信号，使等离子电源102输出的工作电流的强度增大，进而使熔池的温度升高。

测温仪1041、等离子电源102和调节器1042组成一个闭合系统，实时反馈熔池的温度并调整，实现对焊接快速成形过程进行调整，保证焊道形状在最小的尺寸范围内变化，使成形零件表面的精度高。

调节器1042对等离子电源102的输出功率进行调节的方法可为：对等离子电源输出的工作电流的占空比进行调节和/或对等离子电源输出的工作电流的幅值进行调节。

调节器1042将测温仪1041得到的熔池的温度T与预设的温度值T0相减，得到温度差值，当所述温度差值大于0时，则需要降低熔池的温度，调节等离子电源102的工作电流的占空比，使其占空比减小，进而降低热输入量；或是调节等离子电源102的工作电流的幅值，使其幅值减小，进而使得焊枪1033产生电弧能量降低；最终使得熔池温度波动变小。

调节器1042将测温仪1041得到的熔池的温度T1与预设的温度值T0相减，得到温度差值，当所述温度差值小于0时，则需要升高熔池的温度。调节器1042调节等离子电源102的工作电流的占空比，使其占空比增大，进而使得电弧的能量升高；或者调节等离子电源102的工作电流的幅值，使其幅值增大，同样可以提高电弧的能量；最终达到升高熔池温度的目的。

实际实施中，对等离子电源输出的电流的调节可以只调节占空比或是只调节幅值，也可同时调节占空比和幅值。

参见图5，示出了测温仪、调节器和等离子电源组成的反馈系统的工作原理图，变换器和PID控制器组成调节器1042，焊接电源就是等离子电源102。

将熔池的预设温度T0和测温仪1041测得的熔池的温度T相减，计算得到的差值ΔT变换为电压值ΔE，ΔE经过PID运算，依据将PID运算得到的结果对等离子电源102进行调整，使等离子电源102输出的电信号随之调制变化，进而改变了熔池的温度，测温仪1041继续对熔池温度进行测量，并负反馈，与预设温度T0相减，以此循环。

由上述可知，本实施例1提供的一种等离子焊接快速成形的系统，包括：中心控制器、等离子电源、焊接装置和温度控制装置。中心控制器根据目的成形零件的形状建模，对建立的模型进行切片及数据处理，生成焊接成形路径代码，以及生成控制等离子电源工作模式的控制信号；等离子电源依据控制信号启动与控制信号对应的工作模式；焊接装置依据该工作模式下的工艺参数产生电弧熔化填充的焊丝，形成熔池，并在成形基板的表面，沿着焊接成形路径，逐层堆积形成实体目的成形零件。本实施例提供的系统，利用温度控制装置调节等离子电源的输出功率，进而控制熔池的温度，实时对焊接过程进行调整，保证焊道形状变化较小，从而提高了成形零件的精度。

参见图6，示出了本申提供的一种等离子焊接快速成形的系统实施例2的结构示意图，在图3所示的所述焊接装置103的结构中还包括：送丝机1035和冷却水箱1036；

其中，所述送丝机1035用于依据预设的送丝速度，对所述焊枪1033传输焊丝；

根据目的成形零件材质等选择焊丝，通过所述送丝机1035为焊枪1033提供焊丝，焊丝的供应速度与焊枪1033的工作情况相关，当送丝速度加快时，需要提高电弧的能量。反之，降低电弧的能量。同时焊丝的供应速度和所预先设定的焊道形状以及切片的层厚是相关的。当需要每一层厚度增加时，需要提高送丝速度。送丝速度可以是中心控制器101生成焊接成形路径代码时，依据该焊接成形路径预设，并传输到送丝机1035中。

该送丝机1035和焊接装置103一起与等离子电源102相连，当等离子电源102启动主弧时，送丝机1035的同步开始供应焊丝，而当主弧熄灭时，送丝停止，保证了送丝机1035和等离子电源102工作进度配合。

其中，所述冷却水箱1036用于提供对所述焊枪1033进行降温的冷却水。

焊枪1033在工作过程中会产生大量的热量，但过高的温度会导致焊枪1033损坏，因此在焊接成形过程中，需要对焊枪1033进行降温，本实施例中采用的是由冷却水降温，冷却水箱1036直接为焊枪1033提供降温的冷却水。

由上述可知，本实施例2提供的一种等离子焊接快速成形的系统，包括：送丝机和冷却水箱。送丝机根据预设的送丝速度以及等离子电源输出情况实时为焊枪提供焊丝，保证焊接时的填充材料的供应。冷却水箱为焊枪提供冷却水降温，保证焊枪能够持续正常工作。

参见图7示出了本申请提供的一种等离子焊接快速成形的系统实施例2的应用场景示意图。

中心控制器101一般采用计算机，在计算机中安装有CAD软件(例如PRO/E建模软件)、切片软件等；

焊接控制器103置于焊接控制箱中，由通信电缆与中心控制器101相连，中心控制器101生成的焊接成形路径代码信号通过通信电缆传输到焊接控制器103中；

等离子电源102和中心控制器101相连，接收中心控制器101发出的JOB号，并确定该JOB号对应的工作模式；

焊接机器人1032和所述焊接控制器1031相连，根据焊接成形路径代码使得焊枪1033沿着规划的路径移动；

变位机1034和所述焊接控制器1031相连，根据路径规划情况，所述焊接控制器1031控制变位机1034移动；

测温仪1041、调节器1042和等离子电源102相连，三者组成测温反馈系统，对快速成形过程中的熔池温度进行实时调整，保证的目的零件的成形精度；

送丝机1035与等离子电源102相连，和焊枪1033同时接受等离子电源102的电信号，与焊枪1033同步运行，为焊枪1033提供焊丝；

冷却水箱1036与焊枪1033相连，为焊枪1033提供循环冷却水进行降温。

与上述本申请提供的一种等离子焊接快速成形的系统实施例相对应的，本申请中还提供了一种等离子焊接快速成形的方法实施例。

参见图8，示出了本申提供的一种等离子焊接快速成形的方法实施例1的流程图，包括：

步骤S101：中心控制器根据目的成形零件的形状建模，并对建立的模型进行切片及数据处理，生成焊接成形路径代码以及生成控制所述等离子电源工作模式的控制信号；

中心控制器101中含有CAD软件(如PRO/E建模软件)、切片软件等。

中心控制器101首先使用CAD软件如PRO/E对三维实体零件进行精确的建模，使得目的成形零件的结构精确呈现在建立的模型中，最后利用切片软件将建立的三维模型进行切片分层，得到各层截面的二维轮廓信息，按照单道焊道的形状信息对二维轮廓进行填充，最终生成焊接装置103进行快速成形时的成形路径代码。

与焊接成形路径代码对应的，还有以及控制所述等离子电源102工作模式的控制信号。

每种等离子电源工作模式对应不同的参数选择信息，如电流幅值、占空比等。

步骤S102：等离子电源依据所述控制信号启动与所述控制信号对应的工作模式，并在所述工作模式中输出工作电流给所述焊接装置；

等离子电源具有多种工作模式，每种工作模式对应产生的工作电流不同，工作电流与焊枪1033产生的主弧能量相关。

由于各种目的成形零件的材质、尺寸等条件不同，熔化所述目的成形零件成形的填充材料的熔池所需的主弧能量不同，因此当对某一种目的成形零件进行焊接快速成形时，需要等离子电源调整工作电流，以满足焊道成形质量，最终提高快速成形零件的精度成形。

等离子电源102为焊接装置103提供工作电流，使得焊接装置103的焊接部件焊枪能够在工作电流的作用下生成电弧，熔化焊丝进行焊接快速成形。

实际实施中，中心控制器101可直接发出调用等离子电源102工作模式的JOB号，每种工作模式对应一个JOB号。等离子电源102接收到该JOB号后，直接确定对应的工作模式。

步骤S103：焊接装置依据所述工作模式下的工艺参数产生电弧熔化填充的焊丝，并在基板的表面所述成形路径堆积成形一层，逐层堆积形成实体目的成形零件；

等离子电源102为焊接装置103提供电流，焊接装置103在工作电流的作用下产生电弧将填充的焊丝熔化，形成熔池，冷却凝固后形成焊道，沿着所述焊接成形路径，逐道逐层成形堆积形成实体目的成形零件。

S104：温度控制装置在成形过程中对熔池的温度进行实时测量，对测量得到的温度值进行分析得到反馈信号，并依据反馈信号调整工作电流的功率，从而实现对熔池温度的控制。

温度控制装置104对熔池的温度进行测量，并将测量的温度值经过预设的计算规则进行分析计算，得到反馈信号，由该反馈信号对等离子电源102输出的工作电流功率进行调节，进而实现对焊枪1033的功率的调节，使得熔池的温度保持在一定的范围内稳定，使熔池冷却形成的焊道规则，进而使得成形零件表面平整。

参见图9，示出了本申请提供的一种等离子焊接快速成形的方法实施例1步骤S104的具体流程图，所述步骤S104包括：

步骤S1041：对所述熔池的温度进行测量；

焊接快速成形的过程是将填充材料即焊丝不断填充到在电弧（维弧和主弧）作用下产生的熔池内，按照焊枪1033的路径轨迹形成的焊道和建模切片时的分层，逐道逐层沉积形成的零件，因此在填充材料不断沉积的过程中，在电弧的热输入不变的情况下，随着堆积道数和层数的增加，热量不断累积，从而导致熔池的温度不断升高。而熔池是依靠电弧熔化焊丝和部分基体形成的，熔池不断凝固形成焊道，因此熔池的形状决定了焊道的形状。而熔池的温度升高将改变熔池的形状，进而影响焊道的形状，最终使得成形零件的表面精度受影响。

因此需要对熔池的温度进行控制，进而提高成形零件的表面精度

测温仪1041实时对熔池的温度进行测量，并将测得的温度传输至调节器1042进行分析。

由于熔池的温度很高，直接测量不易实现，在具体操作中，可采用红外热像仪进行测量。

步骤S1042：将所述熔池的温度与预设温度进行比较，并依据比较结果对所述等离子电源102的输出功率进行调节。

调节器1042将所述测温仪1041测得的熔池的温度与预设温度进行比较，当温度高于预设温度时，调节器输出调节信号，使等离子电源102输出的工作电流的强度或占空比减小，进而使熔池温度降低；当温度低于预设温度时，调节器输出调节信号，使等离子电源102输出的工作电流的强度增大，进而使熔池的温度升高。

测温仪1041、等离子电源102和调节器1042组成一个闭合系统，实时反馈熔池的温度并调整，实现对焊接快速成形过程进行调整，保证焊道形状在最小的尺寸范围内变化，使成形零件表面的精度高。

调节器1042对等离子电源102的输出功率进行调节的方法可为：对等离子电源输出的工作电流的占空比进行调节和/或对等离子电源输出的工作电流的幅值进行调节。

调节器1042将测温仪1041得到的熔池的温度T与预设的温度值T0相减，得到温度差值，当所述温度差值大于0时，则需要降低熔池的温度，调节等离子电源102的工作电流的占空比，使其占空比减小，进而降低热输入量；或是调节等离子电源102的工作电流的幅值，使其幅值减小，进而使得焊枪1033产生电弧能量降低；最终使得熔池温度波动变小。

调节器1042将测温仪1041得到的熔池的温度T1与预设的温度值T0相减，得到温度差值，当所述温度差值小于0时，则需要升高熔池的温度。

调节器1042调节等离子电源102的工作电流的占空比，使其占空比增大，进而使得电弧的能量升高；或者调节等离子电源102的工作电流的幅值，使其幅值增大，同样可以提高电弧的能量；最终达到升高熔池温度的目的。

实际实施中，对等离子电源输出的电流的调节可以只调节占空比或是只调节幅值，也可同时调节占空比和幅值。

由上述可知，本实施例1提供的一种等离子焊接快速成形的方法，包括：中心控制器、等离子电源、焊接装置和温度控制装置；中心控制器根据目的成形零件的形状建模，对建立的模型进行切片及数据处理，生成焊接成形路径代码，以及生成控制等离子电源工作模式的控制信号；等离子电源依据控制信号启动与控制信号对应的工作模式；焊接装置依据该工作模式下的工艺参数产生电弧熔化填充的焊丝，形成熔池，并在成形基板的表面，沿着焊接成形路径，逐层堆积形成实体目的成形零件。本申请提供的系统，利用温度控制装置调节等离子电源的输出功率，进而控制熔池的温度，从而提高了成形零件的精度。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (8)

1.一种等离子焊接快速成形的系统，其特征在于，包括：中心控制器、焊接装置、等离子电源和温度控制装置；

所述中心控制器，用于根据目的成形零件的形状建模，并对建立的模型进行切片及数据处理，生成焊接成形路径代码，以及生成控制所述等离子电源工作模式的控制信号；

所述等离子电源，用于依据所述控制信号启动与所述控制信号对应的工作模式，并输出与所述工作模式对应的工作电流；

所述焊接装置，用于依据所述工作模式下的工艺参数产生电弧熔化填充的焊丝，并在基板的表面所述成形路径堆积成形一层，逐层堆积形成实体目的成形零件；

所述温度控制装置，用于在成形过程中对熔池的温度进行实时测量，对测量得到的温度值进行分析得到反馈信号，并依据反馈信号调整工作电流的功率，从而实现对熔池温度的控制。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：

测温仪，用于对所述熔池的温度进行测量；

调节器，用于将所述测温仪测得的熔池的温度与预设温度进行比较，并依据比较结果对所述等离子电源的输出功率进行调节。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述焊接装置包括：焊接控制器、焊接机器人、焊枪和变位机；

所述焊接控制器，用于依据所述中心控制器的焊接成形路径代码生成焊枪路径轨迹和变位机移动轨迹；

所述焊接机器人，用于夹持所述焊枪，并依据所述焊枪路径轨迹移动，使得焊枪移动的轨迹与所述焊枪路径轨迹相同；

所述焊枪，用于依据所述等离子电源的工作电流，产生等离子电弧熔化预设的焊丝，使所述焊丝熔融后沿着预设的焊枪路径轨迹分布，逐层堆积至所述基板上；

所述变位机，用于固定所述基板，并依据所述焊接控制器的变位机移动轨迹运动。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述等离子电源包括：

等离子维弧电源，用于为所述焊枪提供起弧电流，所述起弧电流用于触发所述焊枪的维弧；

等离子主弧电源，由所述等离子维弧电源触发，用于为所述焊枪提供工作电流，在所述焊枪的维弧触发后，由所述工作电流在所述焊枪与所述基板之间产生主弧；所述主弧用于熔化焊丝。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述焊接装置还包括：

送丝机，用于依据所述预设的送丝速度对所述焊枪传输焊丝。

6.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述焊接装置还包括：

冷却水箱，用于提供对所述焊枪进行降温的冷却水。

7.一种等离子焊接快速成形的方法，其特征在于，应用于如权利要求1-7任意一项所述的系统中，包括：

中心控制器根据目的成形零件的形状建模，并对建立的模型进行切片及数据处理，生成焊接成形路径代码，以及生成控制所述等离子电源工作模式的控制信号；

等离子电源依据所述控制信号启动与所述控制信号对应的工作模式，并输出与所述工作模式对应的工作电流；

焊接装置依据所述工作模式下的工艺参数产生电弧熔化填充的焊丝，并在基板的表面所述成形路径堆积成形一层，逐层堆积形成实体目的成形零件；

温度控制装置在成形过程中对熔池的温度进行实时测量，对测量得到的温度值进行分析得到反馈信号，并依据反馈信号调整工作电流的功率，从而实现对熔池温度的控制。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，温度控制装置在成形过程中对熔池的温度进行实时测量，对测量得到的温度值进行分析得到反馈信号，并依据反馈信号调整工作电流的功率包括：

对所述熔池的温度进行测量；

将所述熔池的温度与预设温度进行比较，并依据比较结果对所述等离子电源的输出功率进行调节。

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