基于电弧热源的低热输入增材制备喷枪、制备装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于电弧热源的低热输入增材制备喷枪、制备装置及方法，喷枪，包括：保护罩，其一侧设置有进气管，进气管连通保护罩的内、外，相对的另一侧设置有约束喷嘴，约束喷嘴自内向外为缩径结构，约束喷嘴的外侧设置有冷却结构；导丝管，为两个，两个导丝管的一侧相互靠近，另一侧相互远离，使两个导丝管呈设定夹角设置，相互靠近的一侧设置于所述约束喷嘴内，且与约束喷嘴的出口间隔设定距离。增材制造时两根焊丝在约束喷嘴内利用电弧形成熔液，极大降低了对基板的热输入，并通过约束喷嘴喷到基板上成型，约束喷嘴可有效抑制飞溅，明显改善增材制造的精度及质量。内衬高温陶瓷层或者石墨层为了防止喷嘴的烧损。层或者石墨层为了防止喷嘴的烧损。层或者石墨层为了防止喷嘴的烧损。

【技术实现步骤摘要】
基于电弧热源的低热输入增材制备喷枪、制备装置及方法


[0001]本专利技术属于增材制造
，具体涉及一种基于电弧热源的低热输入增材制备喷枪、制备装置及方法。

技术介绍

[0002]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]增材制造技术因制造灵活、节省原料，有着广阔的应用前景。目前用于精密增材制造的技术主要是基于定向能量沉积(DED)的电子束自由成型(EBFFF)和激光近净成型(LENS)，基于熔敷粉末的电子束选区熔化(EBSM)、激光选区熔化(SLM)、直接金属激光烧结(DLMS)等。基于高能束的增材制造技术大多需要专用的金属粉末，优点是精度高，缺点是粉末的种类受限制，并且效率较低。若采用电弧作为热源，焊丝作为增材原料，也可实现增材制造，相对于高能束的熔粉增材制造，具有沉积效率高、成本低的特点，可以实现高温合金、钛合金、铝合金和高强钢等大型复杂构件的快速制造。电弧增材制造的优点是成本较低，可选用的焊丝范围广泛，可对不同的结构采用不同的材料，提高了制造柔性。利用电弧增材制造的零部件比普通的铸件有更好的质量，比锻件节约原料。目前已有多种电弧增材制造技术。由于目前采用的电弧增材制造的热源一般采用的电弧热量较大(需要熔化焊丝)，带来的问题是对已经形成的增材层热输入大，可能会造成较大的热应力及变形，影响最终质量。
[0004]目前采用传统电弧进行增材制造过程中存在热输入过大的问题，即目前传统焊接电弧的热输入较大，对已经形成的前道增材层有较大的熔深，这不但降低了增材制造的效率，而且引起较大的焊接变形，降低了增材制造产品的精度。双丝间接电弧焊是一种新型的焊接工艺，不同于传统焊接方法中电弧存在于工件与电极之间，其电弧形成于两焊丝端部，其接线方式不同于传统电弧焊，两焊丝分别与电源的正负极相接，并均为熔化极，焊接过程中工件本身或者已经成形的焊道本身没有焊接电流通过，极大降低了热输入。但是，专利技术人发现，采用该种双丝间接电弧焊进行增材制备时，由于制备开始阶段，基板的温度较低，且基板的热输入不足，易形成驼峰焊道。此外，如果没外部约束双丝产生的熔滴会导致较多飞溅或熔池的流淌，严重影响增材制造的精度和质量。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术提供一种基于电弧热源的低热输入增材制备喷枪、制备装置及方法。
[0006]为解决以上技术问题，本专利技术的以下一个或多个实施例提供了如下技术方案：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种基于电弧热源的低热输入增材制备喷枪，包括：
[0008]保护罩，其一侧设置有进气管，进气管连通保护罩的内、外，相对的另一侧设置有约束喷嘴，约束喷嘴自内向外为缩径结构，约束喷嘴的外侧设置有冷却结构；
[0009]导丝管，为两个，两个导丝管的一侧相互靠近，另一侧相互远离，使两个导丝管呈设定夹角设置，相互靠近的一侧设置于所述约束喷嘴内，且与约束喷嘴的出口间隔设定距离。
[0010]第二方面，提供一种基于电弧热源的低热输入增材制备装置，包括：
[0011]行走机械手，(行走机械手就是类似机器人的控制臂，将喷枪固定在机械手上，通过编程可实现机械手的三维运动，完成增材制造所需要的行走轨迹路线，这个可采用目前通用的机器人或者单独控制的机械臂与本专利技术的喷枪进行集成)
[0012]所述喷枪；
[0013]送丝机构，位于所述喷枪的进料端，用于向喷枪的导丝管内送丝；
[0014]焊接电源，其正极与一个导丝管内的焊丝连接，其负极分别与另一个导丝管内焊丝和增材制造基板连接。
[0015]第三方面，提供一种基于电弧热源的低热输入增材制备方法，包括如下步骤：
[0016]将焊接电源的负极分别连接一个焊丝和增材制造的基板，将焊接电源的正极连接另一个焊丝，对两根焊丝和增材制造的基板通入电流，两焊丝之间产生电弧并熔化焊丝形成熔液，通过基板的电流对基板有加热作用；
[0017]熔融的焊丝进入约束喷嘴内，同时通过保护罩向熔液通入保护气，熔液在重力及保护气的压力作用下通过约束喷嘴喷至增材制造基板。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的以上一个或多个技术方案取得了以下有益效果：
[0019]传统电弧增材是同时熔化一根焊丝及母材，且用于熔化焊丝与母材的热量各自约占总热量的一半，此种方法应用于增材制造效率较低。而本专利技术的一个或多个实施例中采用的双丝间接电弧技术，电弧直接熔化两根焊丝及少量母材，可以显著提高增材制造效率。同时由于降低了对母材的热输入，可以显著降低母材的变形量，进而有助于提高增材制造的精度。
[0020]本专利技术的一个或多个实施例中，同时在焊接电源的负极接入增材制造的基板(即焊接电源的负极同时连接一根焊丝及增材制造基板)，通过调节送丝速度来调整焊丝与基板之间的焊接分流，即可以通过分流作用控制增材制造基板的热输入，弥补单纯双丝间接电弧焊在基板温度较低时易于形成驼峰焊道的问题。这种分流典型的应用是第一层增材制造的时候，给基板一定的分流(可通过降低负极焊丝的送丝速度来控制)，使第一次有较大的热输入，避免驼峰焊道的形成而获得高质量的增材制造层，再开始下一层增材制造的时候由于前道增材制造层已经有了较高温度，可以降低基板分流，甚至可以小到零，可以直接采用双丝间接电弧进行后续的增材制造，这时候的熔深都有一定的保证，可充分发挥双丝间接电弧的高效。另外在增材制造喷枪下面加了约束喷嘴，增材制造时与基板或者前道增材制造层仅保留很小的距离，电弧基本在这个约束嘴内燃烧，可有效抑制飞溅，可明显改善增材制造的精度及质量。内衬高温陶瓷层或者石墨层为了防止喷嘴的烧损。
附图说明
[0021]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0022]图1是本专利技术实施例的喷枪的整体结构示意图。
[0023]其中，1-焊丝，2-导丝管，3-进气管，4-保护罩，5-多孔气筛，6-导电嘴冷却系统，7-导电段，8-喷嘴冷却系统，9-导电嘴绝缘装置，10-约束喷嘴。
具体实施方式
[0024]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0025]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0026]本文中的“内”为远离约束喷嘴出口的一侧，“外”为靠近约束喷嘴出口的一侧。
[0027]第一方面，本专利技术提供一种基于电弧热源的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电弧热源的低热输入增材制备喷枪，其特征在于：包括：保护罩，其一侧设置有进气管，进气管连通保护罩的内、外，相对的另一侧设置有约束喷嘴，约束喷嘴自内向外为缩径结构，约束喷嘴的外侧设置有冷却结构；导丝管，为两个，两个导丝管的一侧相互靠近，另一侧相互远离，使两个导丝管呈设定夹角设置，相互靠近的一侧设置于所述约束喷嘴内，且与约束喷嘴的出口间隔设定距离。2.根据权利要求1所述的基于电弧热源的低热输入增材制备喷枪，其特征在于：所述导丝管的上端设置导电段。3.根据权利要求1所述的基于电弧热源的低热输入增材制备喷枪，其特征在于：每个导丝管的外部设置有冷却结构。4.根据权利要求1所述的基于电弧热源的低热输入增材制备喷枪，其特征在于：进气管与约束喷嘴之间设置有多孔气筛，多孔气筛设置于保护罩的截面上。5.根据权利要求1所述的基于电弧热源的低热输入增材制备喷枪，其特征在于：所述约束喷嘴的材质为金属材质；约束喷嘴有冷却结构；进一步的，所述约束喷嘴为铜套；更进一步的，所述铜套的内衬为高温陶瓷层；再进一步的，所述高温陶瓷层的材质为碳化硅、立方氮化硼或石墨。6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹勇，吴东亭，安琪，邹增大，李德刚，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：