基于中子衍射和同步辐射的电弧增材制造缺陷调控方法

本发明涉及电弧熔丝增材制造，尤其涉及一种基于中子衍射和同步辐射的电弧增材制造缺陷调控方法。

背景技术：

1、电弧熔丝增材制造（waam）具备成型效率高、材料利用率高的特点，常应用于金属结构件的制造。然而，该工艺逐层堆积的成型特性使得金属材料在加工过程中经历非平衡的加热和冷却热循环，这一过程易导致熔池凝固行为发生变化，进而产生气孔、未熔合、微裂纹及残余应力集中等缺陷。

2、目前的增材制造质量调控技术存在以下客观不足：首先，过程检测手段多依赖视觉摄像或红外测温等常规宏观传感器，这些传感器仅能获取熔池表面形貌或整体温度场，难以量化深层微观组织演变和原位缺陷萌生阶段的晶体学状态；其次，部分现有技术引入了中子衍射设备进行残余应力监测，但该类技术大多仅停留在监测数据的获取与记录层面，缺乏针对微观监测数据的实时协同反馈与闭环调节机制，无法在成型过程中进行动态纠偏；最后，在线过程监测数据与成型后的离线高精度检测数据之间缺乏统一的时空配准与融合机制，无法实现缺陷从萌生、扩展到最终定型的全生命周期演化路径溯源，导致底层打印工艺参数的迭代优化缺乏多维数据支撑，不同批次构件的成型质量一致性存在波动。。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述问题，提出了一种基于中子衍射和同步辐射的电弧增材制造缺陷调控方法。

2、一种基于中子衍射和同步辐射的电弧增材制造缺陷调控方法，所述方法包括：

3、对目标构件的三维模型进行分层切片处理，通过所述分层切片处理获得所述三维模型的切片几何特征及打印路径参数；根据所述切片几何特征及打印路径参数，生成包含初始电弧电流、电压与送丝速度的标准化基础打印数据包；

4、根据所述标准化基础打印数据包执行电弧熔丝增材制造的逐层堆积打印；在所述逐层堆积打印过程中，获取当前沉积层的多维度微观演化数据，所述多维度微观演化数据包括晶格畸变数据、原位微缺陷演化数据以及层间动态残余应力数据；

5、将所述多维度微观演化数据与预设的标准化工艺阈值进行比对，获得数据偏离程度；

6、根据所述数据偏离程度调节当前的电弧电流、电压与送丝速度，并根据调节后的电弧电流、电压与送丝速度的打印参数继续执行逐层堆积打印操作，直至获得成型后的所述目标构件。

7、可选地，所述获得成型后的所述目标构件之后，所述方法包括：

8、对冷却预处理后的目标构件，通过中子衍射设备获取所述目标构件的全域静态残余应力分布数据、深层内部缺陷数据；并通过同步辐射设备获取所述目标构件的微小缺陷数据、微观组织形态数据；

9、为所述目标构件分配唯一的uid标识；基于所述uid标识，将所述多维度微观演化数据、打印参数，与所述全域静态残余应力分布数据、深层内部缺陷数据、微小缺陷数据以及微观组织形态数据进行时空匹配与绑定，生成全维度融合数据集；

10、基于所述全维度融合数据集，提取所述目标构件内部缺陷的萌生、扩展及定型的演化路径数据，并根据所述演化路径数据确定缺陷成因数据；

11、根据所述缺陷成因数据，更新所述标准化工艺阈值以及所述标准化基础打印数据包中的初始打印参数；根据更新后的所述标准化工艺阈值与所述标准化基础打印数据包执行迭代打印操作。

12、可选地，所述根据所述切片几何特征及打印路径参数，生成包含初始电弧电流、电压与送丝速度的标准化基础打印数据包，具体包括：根据确定初始电弧电流；其中，为丝材密度、为比热容、为熔点、为层间预热温度、为当前切片层的截面积、为预设行走速度、为电弧热效率系数；为初始电压、为维持电弧稳定的基底电流；

13、根据确定初始送丝速度；其中，为焊丝直径、为道间填充致密系数。

14、可选地，所述根据所述数据偏离程度调节当前的电弧电流、电压与送丝速度，包括：当所述晶格畸变数据或所述层间动态残余应力数据超出对应的预设阈值区间时，上调层间保温温度参数并调节所述电弧电流参数；当所述原位微缺陷演化数据包含缺陷萌生特征时，下调成型行走速度参数并上调所述电弧电流参数；当提取到的晶粒生长形态数据超出预设偏差值时，调节所述送丝速度参数与电弧摆动参数。

15、可选地，所述对冷却预处理后的目标构件，通过中子衍射设备获取所述目标构件的全域静态残余应力分布数据、深层内部缺陷数据，包括：将打印成型后的所述目标构件置于恒温环境中自然冷却至室温；对冷却后的所述目标构件表面执行打磨与喷砂处理；按照0.10~0.20nm的中子衍射波长，获取处理后目标构件的所述全域静态残余应力分布数据与所述深层内部缺陷数据。

16、可选地，所述通过同步辐射设备获取所述目标构件的微小缺陷数据、微观组织形态数据时，采用的同步辐射光源能量为8~15kev。

17、可选地，所述生成全维度融合数据集之后，将所述全维度融合数据集与所述标准化基础打印数据包、所述目标构件的三维模型数据进行关联绑定，并存入云端工艺数据库进行归档。

18、可选地，所述根据更新后的所述标准化工艺阈值与所述标准化基础打印数据包执行迭代打印操作之后，所述方法还包括：获取迭代打印后目标构件的气孔率数据与全域残余应力峰值数据；若所述气孔率数据小于或等于0.5%，且所述全域残余应力峰值数据小于或等于材料屈服强度的30%，则提取当前的标准化工艺阈值与标准化基础打印数据包，并将其存入工艺数据库。

19、一种基于中子与同步辐射的电弧增材缺陷调控装置，其特征在于，所述装置包括：

20、切片与数据包生成单元，用于对目标构件的三维模型进行分层切片处理，通过所述分层切片处理获得所述三维模型的切片几何特征及打印路径参数；并根据所述切片几何特征及打印路径参数，生成包含初始电弧电流、电压与送丝速度的标准化基础打印数据包；

21、堆积打印与数据获取单元，用于根据所述标准化基础打印数据包控制电弧熔丝增材制造设备执行逐层堆积打印；并在所述逐层堆积打印过程中，获取当前沉积层的多维度微观演化数据，所述多维度微观演化数据包括晶格畸变数据、原位微缺陷演化数据以及层间动态残余应力数据；

22、数据比对单元，用于将所述多维度微观演化数据与预设的标准化工艺阈值进行比对，获得数据偏离程度；

23、参数调节与打印控制单元，用于根据所述数据偏离程度调节当前的电弧电流、电压与送丝速度，并根据调节后的电弧电流、电压与送丝速度的打印参数控制所述电弧熔丝增材制造设备继续执行逐层堆积打印操作，直至获得成型后的所述目标构件。

24、采用本发明实施例，具有如下有益效果：

25、本发明通过将目标构件的分层切片几何特征转化为包含初始工艺参数的标准化基础打印数据包，建立了初始成型基准；在逐层堆积打印过程中，利用在线检测体系实时获取晶格畸变、微缺陷演化及动态残余应力等多维度微观演化数据，并将该数据序列与预设的标准化工艺阈值进行实时比对，计算出客观的数据偏离程度；基于该数据偏离程度，系统对当前的电弧电流、电压与送丝速度进行闭环补偿与调节，使得打印系统能够在微观缺陷初始萌生的阶段提前捕捉到物理量的异常变化，并通过直接干预电弧与送丝速度将偏离状态拉回稳态区间。这种将事后静态检测转变为事中动态反馈干预的调控逻辑，从物理源头上阻断了缺陷的形成与扩展，提高了金属构件的成型质量稳定性。