碳化钨粉芯丝材双感应与电弧复合加热增材装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种碳化钨粉芯丝材双感应与电弧复合加热增材装置及方法，该装置包括碳化钨粉芯丝材感应加热模块等。该增材过程是增材前先采用感应高频加热前层金属，碳化钨粉芯丝材感应加热模块和提升式感应加热模块双感应加热，并采用双红外同步测温方式，分别控制碳化钨粉芯丝材和前层金属的加热温度，实现等离子弧和感应复合加热的方式进行增材。本发明专利技术通过感应加热前层金属，有效提升碳化钨熔敷基体的温度，抑制碳化钨增材过程中裂纹的产生，解决熔敷层间开裂难题；同时利用感应加热碳化钨粉芯丝材，提高其温度，通过与电弧复合加热解决碳化钨粉芯丝材熔化和层道间熔合困难的难题，该方法制得的碳化钨增材构件组织更加致密、性能更加稳定。性能更加稳定。性能更加稳定。

【技术实现步骤摘要】
碳化钨粉芯丝材双感应与电弧复合加热增材装置及方法


[0001]本专利技术属于电弧增材制造
，主要涉及一种碳化钨粉芯丝材双感应与电弧复合加热增材装置及方法。

技术介绍

[0002]碳化钨作为硬质合金由于其具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能，特别是它的高硬度和耐磨性，广泛应用于军工、航天航空、机械加工、冶金、石油钻井、矿山工具、电子通讯、建筑等领域。然而由于其具有热膨胀系数大、温度敏感性强的特点，具有脆性高、韧性差的缺点，导致其在电弧堆敷易出现裂纹、缩孔、熔合不良等缺陷，更无法实现多层的连续增材制造。目前，碳化钨的增材多选用激光或电子束粉材为主，这二种方法虽然可以均可以实现碳化钨粉末增材制造，但均具有增材效率低、增材件的致密度不高、成型精度差的不足。
[0003]专利一种硬质合金零件的制造方法》(申请号：201811006376.8)公布了一种硬质合金激光扫描增材的方法，其通过高能束扫描使底板处于较高温度状态，降低硬质合金零件的成型应力，从而减小它的开裂倾向。但是该方法在对底板进行预热时无法控制预热温度、设备成本相对较高，同时由于其使用的是粉末，材料的利用率较低，浪费较严重，成型件的致密度不高。专利《激光熔覆碳化钨陶瓷颗粒增强金属基涂层及其加工方法》(申请号：201510601351.2)公布了一种采用激光熔覆的方法制备碳化钨陶瓷颗粒增强金属基涂层的方法。该方法实现了制备碳化钨涂层的制备，然而涂层的表面成型较差、整体致密度也不高。而利用粉芯碳化钨丝材电弧增材制造代替激光或电子束粉末为原材料的增材制造，不但避免了粉末增材中吹粉现象，而且设备成本低、增材效率高、工艺简化、成型件致密度高的优点。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在提供一种碳化钨粉芯丝材双感应与电弧复合加热增材装置及方法，能够有效降低碳化钨粉芯丝材增材过程中的裂纹倾向，提升增材构件的成型内部组织的致密度，增强增材构件质量和提高增材成型效率。
[0005]为了实现上述的目的，本专利技术采取的技术方案为：
[0006]一种碳化钨粉芯丝材双感应与电弧复合加热增材装置，由碳化钨粉芯丝材感应加热模块、提升式感应加热模块、温度传感控制模块、双感应加热控制仪以及触屏自动控制平台组成。
[0007]碳化钨粉芯丝材感应加热模块由高频电源I、绝缘陶瓷管、丝材感应线圈、隔热板、保护壳组成，高频电源I给丝材感应线圈提供高频电流，高频感应加热通过绝缘陶瓷管的碳化钨粉芯丝材，其启动和停止经由机器人控制柜发送信号给双感应加热功率控制仪加以控制；
[0008]提升式感应加热模块由高频电源II、金属感应加热线圈、气动装置和线圈提升控
制盒构成，高频电源II给金属感应线圈提供高频电流，通过高频感应加热前层金属，其启动和停止经由机器人控制柜发送信号给双感应加热功率控制仪加以控制；金属感应加热线圈的提升经由机器人控制柜发送信号给线圈提升控制盒加以控制，再通过气动装置调整气压控制实现；
[0009]温度传感控制模块由红外温度传感器I、红外温度传感器II和双温测控仪，双温测控仪同时检测靠近电弧位置的碳化钨粉芯丝材和前层金属的温度；
[0010]触屏自动控制平台显示双温测控仪测量的碳化钨粉芯丝材和前层金属的温度信息、高频电源I和高频电源II的状态以及金属感应线圈的提升状态信息等。
[0011]其特殊之处在于：所述红外温度传感器I、红外温度传感器II与等离子焊枪同轴放置，共同固定在于机器人末端连接的机械支架上，红外温度传感器I与等离子焊枪同轴放置平行放置，红外温度传感器II与焊枪垂直方向的夹角范围为30
°
～60
°
，通过关节调节实现；所述金属感应加热线圈的固定端与气动装置相连，金属感应加热线圈通过绝热套筒穿过机械支架，气动装置带动金属感应加热线圈提升与下降，绝热套筒的直径为10～30mm，套筒内壁包覆一层绝热防滑涂层。
[0012]基于上述的一种碳化钨粉芯丝材双感应与电弧复合加热增材装置，本专利技术还提供了一种利用上述装置进行碳化钨粉芯丝材增材的方法，具体步骤如下：
[0013]步骤1：选择好碳化钨粉芯丝材的等离子弧增材工艺参数后，机器人控制柜与触屏自动控制平台开始启动；
[0014]步骤2：首先触屏自动控制平台通过与之相连的机器人控制柜发送控制信号，机器人控制柜通过双感应加热功率控制仪同时启动高频电源I和高频电源II，按照设定的感应加热频率和加热电流分别加热碳化钨粉芯丝材和前层金属；同时由触屏自动控制平台通过与之相连的双温测控仪分别启动红外温度传感器I和红外温度传感器II，开始采集碳化钨粉芯丝材和前层金属的温度信息，温度信息同时发送到触屏自动控制平台上的显示屏进行实时显示；
[0015]步骤3：根据触屏自动控制平台设置的碳化钨粉芯丝材的预定加热温度T1和前层金属预定的加热温度T2，当红外温度传感器I检测到碳化钨粉芯丝材达到预定加热温度T1时，触屏自动控制平台通过与之相连的双感应加热功率控制仪，发送控制信号给高频电源I，实时调整感应电流，使得碳化钨粉芯丝材温度维持在T1；同时当红外温度传感器II11检测到前层金属1达到预定加热温度T2时，双温测控仪发送开关信号给机器人控制柜，机器人控制柜通过双感应加热功率控制仪关闭高频电源II，停止加热，然后控制与之相连的线圈提升控制盒调整气动装置的气压，气动装置带动金属加热线圈通过绝热套筒沿着焊枪垂直方向提升预定高度H1；
[0016]步骤4：等离子焊枪按照预定的工艺参数引燃电弧后，触屏自动控制平台发送信号给机器人控制柜，控制送丝装置按照预定的送丝速度送入电弧熔化增材，同时红外温度传感器I在线实时检测到碳化钨粉芯丝材加热温度，把丝材温度测量数据发送给触屏自动控制平台加以显示，并通过与之相连的双感应加热功率控制仪，发送控制信号给高频电源I，实时调整感应电流，使得碳化钨粉芯丝材温度维持在预设温度T1，另一方面，电弧引燃后，触屏自动控制平台发送信号给机器人控制柜，通过双温测控仪关闭红外温度传感器II11的测量；
[0017]步骤5：按照设定机器人程序，完成单道增材，在电弧熄灭前，触屏自动控制平台发送信号给机器人控制柜，控制送丝装置停止送丝，然后通过机器人控制柜，发送控制信号给双感应加热功率控制仪，关闭高频电源I，停止加热丝材，并发送控制信号给线圈提升控制盒调整气动装置的气压，气动装置带动金属加热线圈通过绝热套筒沿着焊枪垂直方向下降恢复到原来位置，也通过双温测控仪关闭红外温度传感器I的测量；
[0018]步骤6：按照上述相关步骤，按照机器人电弧增材程序重复执行，直至完成预定尺寸构件的增材。
[0019]优选的，碳化钨粉芯丝材的预热温度为300
‑
800℃。
[0020]优选的，前层金属的预热温度为80～250℃。
[0021]优选的，线圈提升的高度H1为40～80mm。
[0022]优选的，高频电源I的加热频率f1为80～120KHz，加热电流I1为50～160本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化钨粉芯丝材双感应与电弧复合加热增材装置，其特征在于：包括碳化钨粉芯丝材感应加热模块、提升式感应加热模块、温度传感控制模块、双感应加热控制仪以及触屏自动控制平台；碳化钨粉芯丝材感应加热模块包括高频电源I(401)、绝缘陶瓷管(402)、丝材感应线圈(403)、隔热板(404)、保护壳(405)，高频电源I(401)给丝材感应线圈(403)提供高频电流，高频感应加热通过绝缘陶瓷管(402)的碳化钨粉芯丝材(3)，其启动和停止经由机器人控制柜(15)发送信号给双感应加热功率控制仪(17)加以控制；提升式感应加热模块包括高频电源II(6)、金属感应加热线圈(2)、气动装置(7)和线圈提升控制盒(16)，高频电源II(6)给金属感应加热线圈(2)提供高频电流，通过高频感应加热前层金属(1)，其启动和停止经由机器人控制柜(15)发送信号给双感应加热功率控制仪(17)加以控制；金属感应加热线圈(2)的提升经由机器人控制柜(15)发送信号给线圈提升控制盒(16)加以控制，再通过气动装置(7)调整气压控制实现；温度传感控制模块由红外温度传感器I(10)、红外温度传感器II(11)和双温测控仪(12)组成，双温测控仪(12)同时检测靠近电弧位置的碳化钨粉芯丝材(3)和前层金属(2)的温度；触屏自动控制平台(18)显示双温测控仪(12)测量的碳化钨粉芯丝材(3)和前层金属(2)的温度信息、高频电源I(401)和高频电源II(6)的状态以及金属感应线圈(2)的提升状态信息。2.根据权利要求1所述的一种碳化钨粉芯丝材双感应与电弧复合加热增材装置，其特征在于：红外温度传感器I(10)、红外温度传感器II(11)与等离子焊枪(8)同轴放置，共同固定在机器人(14)末端连接的机械支架(13)上，红外温度传感器I(10)与等离子焊枪(8)同轴放置平行放置，红外温度传感器II(11)与焊枪垂直方向的夹角范围为30
°
～60
°
，通过关节(13)调节实现。3.根据权利要求1所述的一种碳化钨粉芯丝材双感应与电弧复合加热增材装置，其特征在于：金属感应加热线圈(2)的固定端与气动装置(7)相连，金属感应加热线圈(2)通过绝热套筒(9)穿过机械支架(13)，气动装置带动金属感应加热线圈(2)提升与下降，绝热套筒(9)的直径为10～30mm，套筒内壁包覆一层绝热防滑涂层。4.一种碳化钨粉芯丝材双感应与电弧复合加热增材装置的制造方法，其特征在于实施过程包括以下步骤：步骤1：选择好碳化钨粉芯丝材(3)的等离子弧增材工艺参数后，机器人控制柜(15)与触屏自动控制平台(18)开始启动；步骤2：首先触屏自动控制平台(18)通过与之相连的机器人控制柜(15)发送控制信号，机器人控制柜(15)通过双感应加热功率控制仪(17)同时启动高频电源I(401)和高频电源II(6)，按照设定的感应加热频率和加热电流分别加热碳化钨粉芯丝材(3)和前层金属(1)；同时由触屏自动控制平台(18)通过与之相连的双温测控仪(12)分别启动红外温度传感器I(10)和红外温度传感器II(11)，开始采集碳化钨粉芯丝材(3)和前层金属(1)的温度信息，温度信息同时发送到触屏自动控制平台(18)上的显示屏...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯曰海，夏杰，凌壮壮，王克鸿，黄俊，周琦，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：