丝粉同轴等离子电弧增材焊枪，增材系统及增材方法技术方案

本发明专利技术公开一种丝粉同轴等离子电弧增材焊枪，增材系统及增材方法。包括焊枪主体，送粉通道管，空心钨极，SiO2玻璃管和连接喷嘴；空心钨极嵌套在送粉通道管的内管内部，空心钨极内设有SiO2玻璃管，送粉通道管，空心钨极和SiO2玻璃管同轴设置；SiO2玻璃管的下端高于空心钨级端头，送粉通道管和空心钨极下端连接有连接喷嘴；焊丝穿过SiO2玻璃管实现送丝，送粉通道管下端设有送粉出口，空心钨极的送丝出口和送粉通道管的送粉出口平齐。本发明专利技术可实现丝粉同轴垂直送进沉积层，可使等离子电弧空心钨极送丝

【技术实现步骤摘要】
丝粉同轴等离子电弧增材焊枪，增材系统及增材方法


[0001]本专利技术属于增材制造领域，具体涉及一种丝粉同轴等离子电弧增材焊枪，增材系统及增材方法。

技术介绍

[0002]增材制造是通过将三维数字计算机模型变成实体的一种方法，具体过程是通过三维制图软件如CAD对零件进行建模，然后采用分层切片软件对模型进行切片，得到每一层的数据信息，然后将其输入到增材制造的机器中，按照每一层的相关信息，层层累加打印，直到获得预期三维实体零件。
[0003]等离子弧增材制造因其热源集中、电弧稳定、熔敷层与层之间的结合强度非常高，呈良好的冶金结合状态的特点成为目前国内增材制造的热点。传统的等离子弧增材制造是基于钨极氩弧焊的，以丝材增材制造为基础，采用的是旁轴送丝方式，当在非直线尤其是一些复杂路径上进行增材制造时，由于增材方向的改变，影响了焊丝和电弧之间的相对位置关系，进而会影响增材质量的稳定。
[0004]其中，丝材增材制造技术，具有技术成本低、生产效率高、设备简单等优点，已成为实现金属零件经济快速成形重要手段，其成形零件由全焊缝组成、成形灵活、化学成分均匀，但是表面精度差，内部缺陷多。而粉末增材产生的零件通常内部缺陷少，表面精度高，但是技术成本高，生产效率低，材料适用范围浅。
[0005]由此可见传统等离子弧增材制造在复杂形状零件成形和高表面质量零件成形方面均不具优势，成形材料的选择范围有限，无法适应多种组合材料成形，所以在此基础上需要专利技术一种同轴送丝和送粉同时进行的焊枪结构。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种丝粉同轴等离子电弧增材焊枪，增材系统及增材方法。
[0007]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种丝粉同轴等离子电弧增材焊枪，包括焊枪主体，呈环形的送粉通道管，空心钨极，SiO2玻璃管和连接喷嘴；
[0008]送粉通道管由内管和外管之间形成送粉通道，所述空心钨极嵌套在送粉通道管的内管内部，所述空心钨极内设有SiO2玻璃管，送粉通道管，空心钨极和SiO2玻璃管同轴设置；SiO2玻璃管的下端高于空心钨级端头，送粉通道管和空心钨极下端连接有连接喷嘴；
[0009]焊丝穿过SiO2玻璃管实现送丝，送粉通道管下端设有送粉出口，空心钨极的送丝出口和送粉通道管的送粉出口平齐。
[0010]进一步的，SiO2玻璃管的下端从空心钨级端头缩进2
‑
5mm。
[0011]进一步的，焊枪主体上与送粉通道管的入口相匹配的地方设有送粉口，焊枪主体位于送粉口下端的侧壁上设有气体引入口。
[0012]进一步的，焊枪主体位于送粉管送粉口上的上半部分圆形外壁与焊枪主体上半部
分内壁形成半封闭空腔，半封闭空腔中设置有冷却水管道，冷却水在冷却水管道中流通，构成冷却循环水路，以冷却装置，焊枪主体上设有冷却水出入口。
[0013]进一步的，焊枪主体下端为直径渐缩的保护帽，保护帽的下端低于连接喷嘴的出口。
[0014]进一步的，还包括连接固定结构，用于将空心钨极和SiO2玻璃管固定与焊枪主体上。
[0015]进一步的，连接固定结构包括矩形块和固定螺栓；所述空心钨极和SiO2玻璃管的一端固定于固定块上，固定块通过固定螺栓固定于焊枪主体上。
[0016]进一步的，空心钨极和送粉通道管下端分别通过连接法兰和连接喷嘴连接；连接喷嘴中间设有焊丝出口，连接喷嘴上设有粉末出口。
[0017]一种包括上述的焊枪的增材系统，还包括基板，工作台，与计算机连接的焊接行走机构、激光器、等离子弧焊机、送丝机构、送粉机构和气氛控制系统；
[0018]所述焊接行走机构与焊枪连接，并控制焊枪的移动；送粉机构与送粉通道管的送粉口连接，用于送粉；气氛控制系统与气体引入口连接，用于控制送气；所述激光器控制激光对准连接喷嘴的出粉口可实现激光熔覆送粉，所述等离子弧焊机与焊丝连接，控制焊丝送进和电弧沉积。
[0019]一种利用上述的增材系统进行增材的方法，包括如下步骤：
[0020]第一步：对基板表面增材区域及其附近15mm的区域进行机械清理或化学清洗，去除污渍，然后放在工作台上；
[0021]第二步：利用钨极制样工具清理空心钨极电子发射端的污染物，然后安装到焊枪上；
[0022]第三步：将焊枪固定于焊接行走机构，确保可控制移动，微调焊枪姿态，保证空心钨极和送粉通道管中轴线垂直于基板表面，同时调整焊枪和基板的距离5
‑
25mm；
[0023]第四步：依次检查确认冷却水、气氛控制系统、送丝机构、送粉系统、焊接行走机构、等离子弧焊机、激光器均处于正常工作状态，所有进出口均连通，并依据焊接参数设定保护气流量、送丝速度、送粉速度、焊接电流、焊接速度、激光频率；
[0024]第五步：待空心钨级的送丝出口和送粉通道管的送粉出口同时出料时，同时开启等离子弧焊机和激光器，通过电弧沉积和激光熔覆同时成形，从而完成空心钨级送丝
‑
激光熔敷送粉同轴成形；
[0025]第六步：增材制造结束，依次熄弧、停止送丝/送粉、断开保护气，关闭电源，打扫卫生。
[0026]本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：
[0027](1)本专利技术可以弥补在进行非直线或复杂路径增材制造时，传统等离子弧电弧增材旁轴填丝由于增材方向的改变，导致焊丝和电弧之间的相对位置关系受到影响，进而导致增材质量不稳定的技术缺陷。
[0028](2)本专利技术可实现丝粉同轴垂直送进沉积层，可使等离子电弧空心钨极送丝
‑
激光熔覆送粉同时成形且成形材料选择范围更广，可以方便和容易实现功能梯度结构材料零部件的制造，使增材制造零部件的材料、结构及使用性能能够得到最佳匹配。
[0029](3)本专利技术的钨极和焊丝以及粉末同轴可以将丝粉直接送进电弧中心位置的高温
区，还可显著提升电弧的熔丝能力，提高熔敷效率。
[0030](4)本专利技术通过丝材与粉末的同步熔化，由于粉末熔化吸收了一部分电弧能量，使基板的热输入量降低，容易获得低稀释率的沉积层，提高了电弧增材制造的沉积效率。
[0031](5)本专利技术可以快速成形具有高表面质量的复杂零件，制造成本低，制造效率高，也可以对丝材或粉材单独进行成形增材，适用范围广。
附图说明
[0032]图1为本专利技术的丝粉同轴等离子弧增材焊枪的结构示意图。
[0033]图2为本专利技术的丝粉同轴等离子弧增材装置的工作原理示意图。
[0034]附图标记说明：
[0035]1‑
焊枪主体，2
‑
送粉口，3
‑
连接固定结构，4
‑
冷却水出入口，5
‑
送粉通道管，6
‑
空心钨极，7
‑
SiO2玻璃管，8
‑
连接喷嘴，9
‑
焊丝，10
‑
保护帽，11
‑
气体引入口，1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种丝粉同轴等离子电弧增材焊枪，其特征在于，包括焊枪主体(1)，呈环形的送粉通道管(5)，空心钨极(6)，SiO2玻璃管(7)和连接喷嘴(8)；送粉通道管(5)由内管和外管之间形成送粉通道，所述空心钨极(6)嵌套在送粉通道管(5)的内管内部，所述空心钨极(6)内设有SiO2玻璃管(7)，送粉通道管(5)，空心钨极(6)和SiO2玻璃管(7)同轴设置；SiO2玻璃管(7)的下端高于空心钨级端头，送粉通道管(5)和空心钨极(6)下端连接有连接喷嘴(8)；焊丝穿过SiO2玻璃管(7)实现送丝，送粉通道管(5)下端设有送粉出口，空心钨极(6)的送丝出口和送粉通道管(5)的送粉出口平齐。2.根据权利要求1所述的焊枪，其特征在于，SiO2玻璃管(7)的下端从空心钨级端头缩进2
‑
5mm。3.根据权利要求2所述的焊枪，其特征在于，焊枪主体(1)上与送粉通道管(5)的入口相匹配的地方设有送粉口(2)，焊枪主体(1)位于送粉口(2)下端的侧壁上设有气体引入口(11)。4.根据权利要求3所述的焊枪，其特征在于，焊枪主体(1)位于送粉管送粉口上的上半部分圆形外壁与焊枪主体(1)上半部分内壁形成半封闭空腔，半封闭空腔中设置有冷却水管道，冷却水在冷却水管道中流通，构成冷却循环水路，以冷却装置，焊枪主体(1)上设有冷却水出入口(4)。5.根据权利要求4所述的焊枪，其特征在于，焊枪主体(1)下端为直径渐缩的保护帽(10)，保护帽(10)的下端低于连接喷嘴(8)的出口。6.根据权利要求5所述的焊枪，其特征在于，还包括连接固定结构(3)，用于将空心钨极(6)和SiO2玻璃管(7)固定与焊枪主体(1)上。7.根据权利要求6所述的焊枪，其特征在于，连接固定结构(3)包括矩形块(22)和固定螺栓(23)；所述空心钨极(6)和SiO2玻璃管(7)的一端固定于固定块上，固定块通过固定螺栓(23)固定于焊枪主体(1)上。8.根据权利要求7所述的焊枪，其特征在于，空心钨极(6)和送粉通道管(5)下端分别通过连接法兰(24)...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭勇，郑仁宗，王克鸿，周琦，
申请(专利权)人：南京联空智能增材研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：