本发明属于增材制造领域，具体涉及一种基于机械臂摆动的电弧增材制造道间搭接方法。
背景技术：
增材制造技术基于离散－堆积原理，通过既定热源对金属材料的逐层熔化，沉积生长，直接由三维模型近净成形高性能结构件，是未来结构件先进制造发展的重要方向。
其中，电弧增材制造是采用电弧热为热源、丝材为原材料的一种增材制造技术。与其他金属增材制造技术相比较，电弧增材制造技术具有设备成本低(激光增材的激光器成本是电弧增材制造整套系统的几倍甚至上十倍)、沉积效率高(可达每小时几公斤的沉积速度)、运行成本低(电-电弧转换率85％以上，而电-光转换率最多也只有25％左右)等优点。
然而，对于电弧增材的某些丝材(如gh4169)而言，熔滴与基板润湿性差(润湿角θ≥90°)，若不采用机械臂摆动的方式，将无法利用电弧增材成形单道难以满足壁厚要求的超大壁厚(壁厚≥20mm)结构件。
技术实现要素：
本发明解决的技术问题是：克服了现有技术的不足，提供了一种基于机械臂摆动的电弧增材制造道间搭接方法，解决了在电弧增材制造超大壁厚结构件时道间搭接性能不足甚至无法搭接的难题。
本发明的技术方案是：一种基于机械臂摆动的电弧增材制造道间搭接方法，步骤如下：
1)确定待成形构件所需的成形工艺参数及该组成形工艺参数下所需的机械臂摆动参数范围；
2)对待成形构件三维模型进行切片处理，获得电弧增材的加工路径；
3)将基板固定在工作平台上，保证其水平；
4)按照预定轨迹及成形工艺参数与机械臂摆动参数完成对待成型构件的电弧增材。
所述基板需经过酸洗、打磨平整后，用无水乙醇或丙酮擦拭干净。
电弧增材的原材选用为0.8mm、1.2mm和1.6mm任意一种焊丝。
所述成形工艺参数包括：送丝速度3～10m/min；焊接电流80～300a；焊接速度7～12mm/s；单道焊缝的宽度6-10mm；单道焊缝的高度1.5～3mm。
所述的机械臂摆动参数为：摆动频率3-10hz；摆动振幅0.5-6mm；左右侧停留时间0.050-0.150s。
电弧增材过程中采用99.999％高纯氩进行正面保护，气体流量为：20～25l/min。
基板上进行打底，打底完成后，改用成形工艺参数进行实体部分堆积；在打底和实体部分堆积过程均采用c+p模式，即冷金属过渡+脉冲模式，底部三层采用比成形电流大20～60a的焊接电流打底，上部采用成形工艺参数按规划路径堆积得到实体。
机械臂摆动参数中的机械臂摆动类型包括正弦型摆动、圆型摆动和8字型摆动。
所述实体部分堆积时，实体部分每层的内道与外道起弧点为一对对角点，第2n+1层与第2(n+1)层的起弧点相同，相邻层焊枪行走方向相反；其中n为从零开始的整数，当n为偶数时，起弧点为其中一对对角点；当n为奇数时，起弧点为另一对对角点。
做完每层的内道后，焊枪偏移一定的偏移量再完成外道的堆积以实现道间的良好搭接，焊枪偏移量选取为单道焊缝的宽度减去2～5mm。
本发明与现有技术相比的优点在于：本发明采用机械臂摆动的方式进行电弧增材，对于各种金属材料，均能起到让金属充分铺展的作用，使单道熔敷层宽高比较大，能很好地实现道间搭接，避免了多道搭接时某些材料无摆动时的无法搭接及道间搭接性能不足的问题，成形构件整体性能也得到了提高，很好地实现了高性能超大壁厚(壁厚≥20mm)结构件的研制。
附图说明
图1为3种不同摆动类型的摆动示意图；
图2为搭接情况示意图；
图3为增材时结构件路径示意图。
具体实施方式
一种基于机械臂摆动的电弧增材制造道间搭接，步骤如下：
1)确定待成形构件所需的成形工艺参数及该组成形工艺参数下所需的机械臂摆动参数范围；
2)对待成形构件三维模型进行切片处理，获得电弧增材的加工路径；
3)将基板固定在工作平台上，保证其水平；
4)按照预定轨迹及成形工艺参数与机械臂摆动参数完成对待成型构件的电弧增材。
所述基板需经过酸洗、打磨平整后，用无水乙醇或丙酮擦拭干净。
电弧增材的原材选用为0.8mm、1.2mm和1.6mm焊丝。
所述成形工艺参数包括：送丝速度3～10m/min；焊接电流80～300a；焊接速度7～12mm/s；单道焊缝的宽度6-10mm；单道焊缝的高度1.5～3mm。
所述的机械臂摆动参数为：摆动频率3-10hz；摆动振幅0.5-6mm；左右侧停留时间0.050-0.150s。
电弧增材过程中采用99.999％高纯氩进行正面保护，气体流量为：20～25l/min。
基板上进行打底，打底完成后，改用成形工艺参数进行实体部分堆积；在打底和实体部分堆积过程均采用c+p模式，即冷金属过渡+脉冲模式，底部三层采用比成形电流大20～60a的焊接电流打底，上部采用成形工艺参数按规划路径堆积得到实体。
如图1所示，机械臂摆动参数中的机械臂摆动类型包括正弦型摆动、圆型摆动和8字型摆动。
所述实体部分堆积时，实体部分每层的内道与外道起弧点为一对对角点，第2n+1层与第2(n+1)层的起弧点相同，相邻层焊枪行走方向相反；其中n为从零开始的整数，当n为偶数时，起弧点为其中一对对角点；当n为奇数时，起弧点为另一对对角点。
做完每层的内道后，焊枪偏移一定的偏移量再完成外道的堆积以实现道间的良好搭接，焊枪偏移量选取为单道焊缝的宽度减去2～5mm.
本发明方法中采用焊机提供热量熔化丝材，机械臂控制成形路径的方式实现结构件的电弧增材制造。对于那些熔滴与基板润湿性差(润湿角θ≥90°)的材料而言，如图2所示为无摆动和摆动情况下相邻两道搭接示意图，没有摆动情况下相邻两道搭接会出现“填不满”缺陷，通过机械臂的摆动能实现熔敷层的充分铺展，这样就能很好地实现相邻两道间的搭接。先通过试验得到成形该构件所需的成形工艺参数(如送丝速度和焊接速度等)及该组成形工艺参数下所需的机械臂摆动参数(频率、振幅和等待时间等)的范围；其次，对零件三维模型进行切片处理，获得电弧增材的加工路径；然后，将经过酸洗的基板打磨平整并用无水乙醇或丙酮擦拭干净后固定在工作平台上，保证其水平；最后，按照预定轨迹及成形工艺参数与机械臂摆动参数完成结构件的电弧增材制造。
下文通过实例对本发明的具体方法进行阐述：
实例：25mm厚gh4169高温合金矩形结构件的电弧增材制造
具体实施方法为：对于gh4169高温合金材料而言，与基板润湿性较差，且单道成形难以满足25mm的壁厚需求，故考虑采用机械臂摆动且多道搭接的方式完成该结构件的电弧增材制造。通过基础工艺试验得到满足要求的参数如下：焊接电流205a，送丝速度8m/min，焊接速度6mm/s；摆动情况为：正弦型摆动，频率6hz、振幅5mm、左右侧等待时间0.1s；单道焊缝宽度16mm，高度2mm，焊枪偏移量为13mm；采用99.999％高纯氩进行正面保护，流量(20～25)l/min；按照每层2mm对矩形结构件进行分层切片，具体路径示意图如图3所示；将经过酸洗的基板打磨平整并用丙酮擦拭干净后固定在工作台上，保证其水平；按照电弧增材路径和成形工艺参数及机械臂摆动参数循环往复电弧增材成形得到长400mm，宽200mm，高400mm，壁厚25mm的gh4169矩形结构件。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的范围之内。