[发明专利]一种磁控等离子弧增材制造零件缺陷在线检测方法

说明书

本发明属于电弧增材制造技术领域，并公开了一种磁控等离子摆动电弧增材制造零件缺陷在线检测方法，其主要由等离子焊枪、新型磁控摆动电弧装置、红外热像仪和控制处理器系统组成，其中缺陷检测是在新沉积层堆积完毕后，通过给激励线圈接入激励电源，并由控制处理系统控制激励线圈距沉积层表面高度，用红外热像仪采集激励线圈在不同高度下堆积层表面及其内部温度的变化，最后将温度图像进行融合，通过缺陷区域与非缺陷区域的温度对比，识别缺陷的几何形状和分布状态。通过本发明，不仅可以提高对磁控摆动等离子弧增材制造零件缺陷检测的正确率，还能利用磁控摆动电弧的特性，使摆动电弧装置结构更加紧凑，便于实现对电弧增材制造零件缺陷的在线检测。

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁控等离子摆动电弧增材制造零件缺陷在线检测方法，属于电弧增材制造技术领域。

背景技术

增材制造技术是新兴的的加工制造技术，而利用电弧熔丝增材制造是金属增材制造的重要组成部分，与传统金属制造技术相比，具有效率高、成本低、无模具、不受复杂结构限制等优势，被广泛应用于航空航天、医疗、船舶和高铁等高精度、高质量制造领域。随着增材制造成为制造业的研究热点，越来越多的研究人员都开始利用电弧增材制造技术研究制造机翼支架、飞行器筋板等航空航天高精尖技术领域核心部件以及一些精小金属器件，为我国核心技术的突破奠定制造基础。

电弧增材制造虽然具有众多优势，但由于其零件堆积成型过程复杂，散热条件差，焊接过程中还受到飞溅和弧光等众多因素的影响，零件堆积层难免出现裂纹、气孔和夹渣等缺陷，使得零件的承载能力和疲劳强度等性能降低，还可能导致零件因质量不合格而报废，带来巨大的经济损失甚至危害社会及人身安全。因此，针对现有电弧增材制造技术的缺陷，迫切需要能进行制造零件的缺陷检测，提高零件的制造精度与质量，降低不合格零件产生的损失与危害的在线检测方法。

目前，对电弧增材制造零件的检测大多采用制造完成后的无损检测，该方法虽然能进行缺陷识别，但由于增材制造加工层层堆积制造的特殊性，一旦出现缺陷对后续的堆积层质量也存在叠加影响，对于缺陷较大无法合格的零件只能淘汰掉，造成经济损失。所以该方法无法实现堆积过程的在线检测，有许多不足之处。

针对增材制造在线检测方法搜索发现，专利文献CN107764798A公开了一种金属增材制造质量在线检测系统，提出基于焊接等离子体的元素烧损等主要特征来构建“光谱-工艺参数-成型质量”一体化的在线检测系统，达到对电弧增材制造控形和控性的高效同步在线检测。专利文献CN107876771A公开了一种金属激光融化增材制造方法，通过激光增材制造加工完每一层后，采用无损探伤工具头寻找裂纹、孔隙等缺陷特征的信息反馈到控制系统，进行机械去除再增材制造，从而制造出精度较高的零件。专利文献CN206177838U公开了一种基于红外信息的金属增材过程控制装置，包含增材制造单元、红外图像信息采集单元和反馈控制单元，实现金属增材制造过程的实时检测，及时采取措施抑制缺陷扩展或者及时停止操作。

上述现有方案虽然提出了对增材制造过程缺陷的在线检测方法，但仍存在以下的缺陷或不足：首先，基于焊接等离子体的元素烧损的检测方法，对堆积层内部缺陷的检测准确性不高，获得的缺陷信息不够丰富；其次，超声检测探头在高温环境下工作易损坏，且受形状及材料限制，对探伤人员的经验要求高；最后，基于红外信息的金属增材制造控制装置仅利用熔积层自身温度场进行检测，需与常态下的温度图像进行对比，当缺陷在常态可能不引起温度变化的情况下，其缺陷特别是微小裂纹检测正确率较低，且无法与磁控摆动等离子弧增材制造加工特点做到有效、紧密的结合，做到检测的最优化。

发明内容