一种氩弧焊送丝铺块一体化增材制造工艺与装备制造技术

本发明专利技术公开了一种氩弧焊送丝铺块一体化增材制造工艺与装备。该方法采用铺块方式实现复杂构型件熔敷材料的送给，将送丝与铺块集成，基于单一零件异种结构，对特殊区域进行适配性划分，其工艺具体包括：送丝增材成形、铺块增材成形、送丝+铺块联合增材成形。该装备包括TIG焊机、铺块机构、送丝机构及中央控制器，构建了一体化增材制造系统，各部件由中央控制器统一调配。本发明专利技术克服了TIG电弧增材制造技术成形效率低与特殊区域送进丝材受限的难题，增材方式灵活多变，能够普遍适用于复杂几何构型件高效率、高精度的增材制造。

An integrated additive manufacturing technology and equipment of argon arc welding wire feeding and laying block

【技术实现步骤摘要】
一种氩弧焊送丝铺块一体化增材制造工艺与装备
：本专利技术属于电弧增材制造领域，具体涉及一种氩弧焊送丝铺块一体化增材制造工艺与装备。
技术介绍
：电弧填丝增材制造技术(WireArcAdditiveManufacturing，WAAW)是一种以电弧作为热源，通过不断熔化丝材，逐层堆积成形的增材制造技术，具有熔敷率大、生产周期短、成本低等优点。目前，电弧增材制造常见的热源主要为TIG和MIG。相对于MIG增材，TIG增材时钨级不熔化，增材过程稳定、无飞溅、成形精度高。但是，由于钨级承载电流能力有限，成形效率受限。同时，传统的TIG增材采用熔敷送进丝材的方式成形构件，对于送丝困难的复杂结构适配性低。氩弧焊送丝铺块一体化增材制造技术是在传统TIG电弧增材制造技术的基础上，针对其成形效率低与特殊区域送进丝材的限制，进一步提出的新方法。采用铺块方式实现复杂构型件熔敷材料的送给，将铺块与送丝集成，构成了高效率的一体化增材系统，此技术具有重要的研究和应用意义。
技术实现思路
：本专利技术的目的是针对上述现有TIG电弧增材制造技术存在的缺陷，提供一种氩弧焊送丝铺块一体化增材制造工艺与装备，以实现高精度、高效率的增材制造。为了达到上述目的，本专利技术提供的一种氩弧焊送丝铺块一体化增材制造工艺与装备，包括步骤如下：(1)成形件制造区域智能划分：基于一定零件的异种结构，对不同特征区域进行适配性划分，分区采用不同工艺。例如，针对便于送丝的简单区域，采用送丝方式送给熔敷材料；针对难于送丝的复杂区域，采用铺块方式铺置熔敷材料；针对大尺寸构型区域，采用送丝+铺块联合方式提供熔敷材料，以提高成形效率；(2)氩弧焊送丝铺块一体化增材制造装备设计：装备包括TIG热源，供气系统，供水系统，送丝机构，铺块机构以及中央控制器。各部件控制系统集成于一体，由中央控制器统一调节；(3)块状材料加压成形：根据成形件的几何构型选取适宜尺寸模具，将粉料放入模具中，施加一定压力，使粉料压紧形成特定块材；(4)电弧增材制造成形工艺：将基板固定在工作台上，焊枪中心轴线与基板表面夹角定为60-90°，丝材与基板表面的夹角定为50-70°，TIG电弧按预定路径熔敷丝材或块材，逐层成形构件，增材过程中未使用部件(如送丝机构、铺块机构)由中央控制器提至一旁。进一步地，步骤(1)中所述的铺块方式采用机械手进行自动放置，板块状材料的尺寸根据成形件的几何构型进行灵活变换。进一步地，步骤(4)中所述的TIG电弧，起弧前，提前送气1.5-4s，以排除气管内和焊接区的空气，熄弧后，滞后5-15s停气，以保护尚未冷却的钨级熔池。进一步地，步骤(4)所述的TIG电弧熔敷块材，成形结束后，通过机械振动，使未熔敷的粉材散开，以免影响成型件的精度和性能。进一步地，焊枪移动与丝材送进同时协调进行，送水与送气同步进行。进一步地，通过设置中央控制器程序，可单独送丝成形，可单独铺块成形，也可送丝+铺块联合成形。本专利技术具有如下有益效果：本专利技术引入铺块方式实现复杂构型件熔敷材料的送给，与传统送丝方式相比，适用于难于送丝的复杂结构。将送丝与铺块集成，构成一体化增材制造系统，两种方式的结合使成形效率显著提升。基于单一零件异种结构，对特殊区域进行适配性划分，其工艺具体包括：送丝增材成形、铺块增材成形、送丝+铺块联合增材成形。增材方式灵活多变，能够普遍适用于复杂几何构型件高效率、高精度的增材制造。附图说明：图1为本专利技术装备图；图2为本专利技术增材成形构件示例图；图3为块状材料加压成形示意图；图4为本专利技术采用送丝+铺块联合方式增材成形示意图；图5为本专利技术采用单独送丝方式增材成形示意图；图6为本专利技术采用单独铺块方式增材成形示意图。图中：1.中央控制器；2.TIG焊枪；3.供气系统；4.供水系统；5.送丝机构；6.机械手；7.工作台；8.丝材；9.板材；10.底部区域；11.直臂区域；12.柄手区域；13.粉料；14.压机杆；15.模具；16.A型块材；17.B型块材。具体实施方法：下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细的说明。一种氩弧焊送丝铺块一体化增材制造工艺与装备，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：(1)成形件制造区域智能划分：所图2所示，针对304不锈钢筒状带柄手构件的TIG增材制造，采用分区制造的方法。该零件尺寸为直径100mm，底部厚10mm，高200mm，壁厚10mm，柄手厚16mm。针对大尺寸构型的底部区域10，采用送丝+铺块联合方式提供熔敷材料，以提高成形效率；针对便于送丝的简单直臂区域11，采用送丝方式进行熔敷材料送给；针对难于送丝的复杂柄手区域12，采用铺块方式铺至熔敷材料。(2)构型件材料及尺寸设计：基板采用200mm×200mm×10mm的304不锈钢板材，送进丝材选用直径1.2mm的ER304不锈钢焊丝。将304不锈钢粉料13放入模具15中，通过压机杆14施加压力，获得A、B两种不同尺寸的304不锈钢块材，如图3所示，尺寸分别为长80mm，宽10mm，厚4mm和长10mm，宽10mm，厚5mm，实验开始前用砂纸打磨掉基板表面的氧化膜，然后用丙酮清洗去除表面油污；(3)增材制造工艺参数确定：将基板固定在工作台7上，TIG焊枪2中心轴线与基板表面夹角为60-90°，丝材8与基板表面的夹角为50-70°，块材9由机械手6自动抓取，如图1所示。焊接电流为175A，增材速度为280mm/min，送丝速度为2mm/min，弧长保持为4mm，保护气体选用纯度为99.99％的氩气，保护气体流量为10L/min；(4)进行底部区域电弧增材制造：中央控制器1控制机械手抓取A型块材16，自动放置于预定位置，提至一旁，移动TIG焊枪、送丝机构5至预定位置，焊丝位于焊枪前方，沿同一方向运动，供气系统3、供水系统4同步调节，逐层完成底部区域增材成形。底部区域成形结束后，通过机械振动，使未熔粉材散开，以免影响构型件的精度和性能，如图4所示；(5)进行直臂区域电弧增材制造：中央控制器控制机械手提至一旁，移动TIG焊枪、送丝机构至预定位置，焊丝位于焊枪前方，沿同一方向运动，供气系统、供水系统同步调节，逐层完成直臂区域增材成形，如图5所示；(6)进行柄手区域电弧增材制造：中央控制器控制机械手抓取B型块材17，自动放置于预定位置，提至一旁，移动TIG焊枪、送丝机构至预定位置，焊丝位于焊枪前方，沿同一方向运动，供气系统、供水系统同步调节，逐层完成柄手区域增材成形，柄手区域成形结束后，通过机械振动，使未熔粉材散开，以免影响构型件的精度和性能，如图6所示。以上所述仅是本专利技术的较佳实施例，但不能因此而理解为对本专利技术专利范围的限制。应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氩弧焊送丝铺块一体化增材制造工艺与装备，其特征在于，包括下述步骤：/n(1)成形件制造区域智能划分：基于一定零件的异种结构，对不同特征区域进行适配性划分，分区采用不同工艺。例如，针对便于送丝的简单区域，采用送丝方式送给熔敷材料；针对难于送丝的复杂区域，采用铺块方式铺置熔敷材料；针对大尺寸构型区域，采用送丝+铺块联合方式提供熔敷材料，以提高成形效率；/n(2)氩弧焊送丝铺块一体化增材制造装备设计：装备包括TIG热源，供气系统，供水系统，送丝机构，铺块机构以及中央控制器。各部件控制系统集成于一体，由中央控制器统一调节；/n(3)块状材料加压成形：根据成形件的几何构型选取适宜尺寸模具，将粉料放入模具中，施加一定压力，使粉料压紧形成特定块材；/n(4)电弧增材制造成形工艺：将基板固定在工作台上，焊枪中心轴线与基板表面夹角定为60-90°，丝材与基板表面的夹角定为50-70°，TIG电弧按预定路径熔敷丝材或块材，逐层成形构件，增材过程中未使用部件(如送丝机构、送块机构)由中央控制器提至一旁。/n

【技术特征摘要】
1.一种氩弧焊送丝铺块一体化增材制造工艺与装备，其特征在于，包括下述步骤：
(1)成形件制造区域智能划分：基于一定零件的异种结构，对不同特征区域进行适配性划分，分区采用不同工艺。例如，针对便于送丝的简单区域，采用送丝方式送给熔敷材料；针对难于送丝的复杂区域，采用铺块方式铺置熔敷材料；针对大尺寸构型区域，采用送丝+铺块联合方式提供熔敷材料，以提高成形效率；
(2)氩弧焊送丝铺块一体化增材制造装备设计：装备包括TIG热源，供气系统，供水系统，送丝机构，铺块机构以及中央控制器。各部件控制系统集成于一体，由中央控制器统一调节；
(3)块状材料加压成形：根据成形件的几何构型选取适宜尺寸模具，将粉料放入模具中，施加一定压力，使粉料压紧形成特定块材；
(4)电弧增材制造成形工艺：将基板固定在工作台上，焊枪中心轴线与基板表面夹角定为60-90°，丝材与基板表面的夹角定为50-70°，TIG电弧按预定路径熔敷丝材或块材，逐层成形构件，增材过程中未使用部件(如送丝机构、送块机构)由中央控制器提至一旁。


2.跟据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：占小红，段舒尧，齐超琪，王飞云，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32