一种电弧增材惰性气体保护装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种电弧增材惰性气体保护装置，包括：固定在焊枪上随焊枪一起运动的保护罩，保护罩中部水平设有供惰性气体在保护罩内均匀分布的出气管，出气管上端连接有供惰性气体进入出气管的第一进气管，第一进气管与压力气源连接，出气管下方水平设有用于惰性气体均匀排气的排气面，排气面固定在保护罩下面，排气面上均匀分布有多个排气孔，形成增材件上方的出气面，此部分气体慢速流出；保护罩四周外表面铰接有可调节倾斜角度的气幕板，气幕板下端设有供惰性气体排出的小孔或气槽，气幕板通过第二进气管与压力气源连接，焊枪移动的惰性气体保护装置，此部分气体以一定的压力快速喷出，在处于高温区的增材件四周形成气幕，实现动态隔离外界空气。

An inert gas protection device and method for arc additive

【技术实现步骤摘要】
一种电弧增材惰性气体保护装置及方法
本专利技术涉及增材制造
，特别是涉及一种电弧增材惰性气体保护装置及方法。
技术介绍
电弧增材制造技术是一种利用逐层熔覆原理，采用电弧作为热源，将添加的金属丝材熔化，根据三维数字模型在程序的控制下，按设定成形路径在基板上堆积，由线-面-体逐渐成形出金属零件的先进数字化制造技术。成形零件由全焊缝金属组成，增材过程不受成形箱的限制，成形效率高，具有加工周期短，柔性好、成本低等特点。与铸造、锻造工艺相比，它无需模具，整体制造周期短，柔性化程度高，能够实现数字化、智能化和并行化制造，对设计的响应快，特别适合于小批量、多品种产品的制造。电弧增材制造技术比铸造技术制造材料的显微组织及力学性能优异；比锻造技术产品节约原材料，尤其是贵重金属材料。电弧增材技术的优势之一就是，不在真空腔或氩气箱中进行，使电弧增材过程不受尺寸限制可以成形更大的零件。由于在增材制造过程中，构件温度比焊接时整体高，对钛合金零件来说，由于高温(一般为400℃)下极易吸氢吸氧，影响性能。若放入惰性气体保护箱内则同样会限制可成形零件尺寸、增加了成本，削弱了电弧增材的优势。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种电弧增材惰性气体保护装置及方法，通过设计随焊枪移动的惰性气体保护装置，形成具有一定正压的惰性动态空腔，实现高温区动态隔离外界空气，使电弧增材过程不在惰性气体保护箱内实现氧化防护。第一方面，本专利技术的实施例提出了一种电弧增材惰性气体保护装置，包括：固定在焊枪上随焊枪一起运动的保护罩，保护罩中部水平设有供惰性气体在保护罩内均匀分布的出气管，出气管上端连接有供惰性气体进入出气管的第一进气管，第一进气管与压力气源连接，出气管外表面均匀分布有多个出气孔，出气管下方水平设有用于惰性气体均匀排气的排气面，排气面固定在保护罩内壁面，排气面上均匀分布有多个排气孔，形成增材件上方的出气面，此部分气体慢速流出；所述保护罩四周外表面铰接有可调节倾斜角度的气幕板，气幕板下端设有供惰性气体排出的小孔或气槽，气幕板通过第二进气管与压力气源连接，此部分气体以一定的压力快速喷出，在处于高温区的增材件四周形成气幕，实现动态隔离外界空气。进一步地，保护罩的形状为矩形或环形。进一步地，保护罩的长度与增材件温度相匹配。进一步地，环形保护罩的长度占环形总周长的80％。进一步地，小孔直径为0.5mm-1mm或气槽的宽度为0.2mm-6mm。进一步地，气幕板下端小孔之间的等间距分布，小孔之间的间距为1mm-3mm。进一步地，排气面为金属丝网或蜂窝状金属网。进一步地，气幕板调节的倾斜角度在正负10°之间。第二方面，本专利技术的实施例提出了一种电弧增材惰性气体保护方法，采用第一方面所述的保护装置，所述方法包括：步骤1：增材第一层时，接通第一进气管，关闭第二进气管使气幕板处于关闭状态，仅通过排气面排出的惰性气体保护增材焊道；步骤2：当增材零件进行第二或三层增材时，接通第二进气管，使气幕板排出惰性气体形成气幕，此时气幕板向保护罩的外侧倾斜，使电弧不受气幕高压气流的影响，且使保护装置排气面的下表面、气幕、基板上表面和增材零件外壁形成形状为正梯形的惰性气体空腔；步骤3：按照步骤2中操作，随着保护罩距离基板越来越高，气幕板逐渐向内侧倾斜，所述的惰性气体空腔从正梯形逐渐过渡为长方形、倒梯形，惰性气体空腔的惰性气体容量不变，当增材零件高度达到预设高度时，气幕直接吹气到增材零件上，惰性气体空腔的形状变为三角形，此时气幕板角度不再改变。进一步地，预设高度和惰性气体空腔面积与增材零件尺寸、保护罩宽度相适配。综上，本专利技术通过设计随焊枪移动的惰性气体保护装置，在惰性气体保护罩四周设计气幕板，并通过内外压差，实现区域隔离，防止高温区域被氧化，实现惰性气体保护，气幕流量和角度可调整，适用于不同增材层高时使用。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，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是本专利技术实施例的一种电弧增材惰性气体保护装置侧面结构示意图；图2是本专利技术中当保护罩位于步骤二时的正面使用状态图；图3是本专利技术中当保护罩距离基板较远时的正面使用状态图；图4是多深筋构件示意图；图5是环形构件图；图中：1-保护罩；2-焊枪；3-第一进气管；4-第二进气管；5-出气管；6-气幕板；7-排气面；8-基板；9-增材零件；10-填料；11-气幕。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本专利技术的原理，但不能用来限制本专利技术的范围，即本专利技术不限于所描述的实施例，在不脱离本专利技术的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。图1是本专利技术实施例的一种电弧增材惰性气体保护装置，包括：固定在焊枪2上随焊枪2一起运动的保护罩1，保护罩1中部水平设有供惰性气体在保护罩内均匀分布的出气管5，出气管5上端连接有供惰性气体进入出气管5的第一进气管3，第一进气管3与压力气源连接，出气管5外表面均匀分布有多个出气孔，出气管5下方水平设有用于惰性气体均匀排气的排气面7，排气面7固定在保护罩1下方，排气面7上均匀分布有多个排气孔，本实施例中的排气面7为金属丝网或蜂窝状金属网，此部分惰性气体慢速流出，使惰性气体均匀从保护罩向下喷出；所述保护罩1四周外表面铰接有可调节倾斜角度的气幕板6，气幕板6下端设有供惰性气体排出的小孔或气槽，气幕板6通过第二进气管4与压力气源连接，此部分惰性气体以一定的压力快速喷出，实现动态隔离外界空气，本实施例中的压力气源为压缩氩气。防护罩的形状可根据增材零件9的形状相互适配，本实施例中的保护罩1的形状为矩形或环形。保护罩1的长度根据不同工件加工工艺参数由操作人员做适应性调整，保护罩的长度与增材件温度相匹配，本申请对保护罩1的长度不做具体限定，只要能够惰性气体保护以外的区域温度低于400℃即可，例如当保护罩1为环形保护罩1时，环形保护罩1的长度占环形总周长的80％。作为本专利技术的一具体实施例，小孔直径为0.5mm-1mm或气槽的宽度为0.2mm-6mm。作为本专利技术的一具体实施例，气幕板6下端小孔之间的等间距分布，小孔之间的间距为1mm-3mm。为了使增材加工区域始终受到惰性气体的保护，气幕板6调节的倾斜角度在正负10°之间，通过调节气幕板6的倾斜角度，可以使气幕喷出的高速气流不影响电弧正常工作，也可以保持形成的惰性动态空腔的容积大小基本稳定。第二方面，提供了一种电弧增材惰性气体保护方法，采本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电弧增材惰性气体保护装置，其特征在于，包括：固定在焊枪上随焊枪一起运动的保护罩，保护罩中部水平设有供惰性气体在保护罩内均匀分布的出气管，出气管上端连接有供惰性气体进入出气管的第一进气管，第一进气管与压力气源连接，出气管外表面均匀分布有多个出气孔，出气管下方水平设有用于惰性气体均匀排气的排气面，排气面固定在保护罩下方，排气面上均匀分布有多个排气孔；所述保护罩四周外表面铰接有可调节倾斜角度的气幕板，气幕板下端设有供惰性气体排出的小孔或气槽，气幕板通过第二进气管与压力气源连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种电弧增材惰性气体保护装置，其特征在于，包括：固定在焊枪上随焊枪一起运动的保护罩，保护罩中部水平设有供惰性气体在保护罩内均匀分布的出气管，出气管上端连接有供惰性气体进入出气管的第一进气管，第一进气管与压力气源连接，出气管外表面均匀分布有多个出气孔，出气管下方水平设有用于惰性气体均匀排气的排气面，排气面固定在保护罩下方，排气面上均匀分布有多个排气孔；所述保护罩四周外表面铰接有可调节倾斜角度的气幕板，气幕板下端设有供惰性气体排出的小孔或气槽，气幕板通过第二进气管与压力气源连接。


2.根据权利要求1所述的一种电弧增材惰性气体保护装置，其特征在于，所述保护罩的形状为矩形或环形。


3.根据权利要求1所述的一种电弧增材惰性气体保护装置，其特征在于，所述保护罩的长度与增材件温度相匹配。


4.根据权利要求3所述的一种电弧增材惰性气体保护装置，其特征在于，所述环形保护罩的长度占环形总周长的80％。


5.根据权利要求1所述的一种电弧增材惰性气体保护装置，其特征在于，所述小孔直径为0.5mm-1mm或气槽的宽度为0.2mm-6mm。


6.根据权利要求1所述的一种电弧增材惰性气体保护装置，其特征在于，所述气幕板下端小孔之间的等间距分布，小孔之间的间距为1mm-3mm。

【专利技术属性】
技术研发人员：刘颖，万晓慧，郭德伦，贾婧怡，陶军，
申请(专利权)人：中国航空制造技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11