一种用于改性铝合金的TOPTIG电弧增材装置及增材方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于改性铝合金的TOPTIG电弧增材装置，包括喷嘴，喷嘴套上设置有夹套，钨极位于夹套内，喷嘴位于工件的正上方，喷嘴通过送粉管与送粉器连接，送粉管上设置有对粉末进行加热的粉末加热箱；喷嘴的侧壁上设置有送丝机，丝材的底端位于钨极的前端。本发明专利技术还公开了一种用于改性铝合金的TOPTIG电弧增材装置的增材方法。本发明专利技术采用上述用于改性铝合金的TOPTIG电弧增材装置及增材方法，能够解决现有的增材制造成型效率低，成型后铝合金性能差的问题。合金性能差的问题。合金性能差的问题。

A topig arc additive device and method for modifying aluminum alloy

【技术实现步骤摘要】
一种用于改性铝合金的TOPTIG电弧增材装置及增材方法


[0001]本专利技术涉及铝合金增材
，尤其是涉及一种用于改性铝合金的TOPTIG电弧增材装置及增材方法。

技术介绍

[0002]增材制造以数学模型文件为基础，通过软件与数控系统将专用的金属材料、非金属材料以及医用生物材料，按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积，制造出实体物品的制造技术。铝合金由于其重量轻、高的比强度等优势，在航空航天结构构建中被广泛应用，尤其是在大型结构件中应用较多。因此，在航空航天中铝合金的增材制造也得到了广泛的应用。
[0003]现在常规的增材制造制造方法主要包括粉末床激光选区熔化和送丝式TIG电弧增材制造方法，但都有其一定的弊端。粉末床激光选区熔化成型速度较慢，零件尺寸较小；虽然现在发展的多激光增材制造设备可一定程度上提高其熔化速度并扩大可成型零件尺寸范围；但仍然存在成本过高、设备尺寸太大等问题。送丝式TIG电弧增材制造虽然在零件成型尺寸方面无过多限制，但是在成型速度上仍不如MIG电弧增材制造方法，在制造大型零件上无速度优势。送丝式TIG电弧增材制造还存在焊枪端部体积过大，定位可靠性差，钨极到底板的角度与距离、丝材送进角度等控制较敏感，同时送丝装置限制了机器人的灵活性和可达性，不适用于精密复杂结构的成型。MIG电弧增材制造可实现半自动和全自动成型，成型效率高，但成型过程稳定性差，零件层间存在较多的夹渣、气孔等冶金缺陷，影响最终机械性能。
[0004]铝合金本身的冶金性能及机械性能较差，在成型大尺寸零件时，由于多次的热输入导致内部的组织热应力与热变形增大，累积效应会在最终成型零件上产生裂纹、变形等问题，降低了精度与机械性能。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种用于改性铝合金的TOPTIG电弧增材装置，解决现有的增材制造成型效率低，成型后铝合金性能差的问题。本专利技术的另一个目的是提供一种用于改性铝合金的TOPTIG电弧增材装置的增材方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种用于改性铝合金的TOPTIG电弧增材装置，包括喷嘴，喷嘴上设置有夹套，钨极位于夹套内，喷嘴位于工件的正上方，喷嘴通过送粉管与送粉器连接，送粉管上设置有对粉末进行加热的粉末加热箱；喷嘴的侧壁上设置有送丝机，丝材的底端位于钨极的前端。
[0007]优选的，所述喷嘴为漏斗型结构，喷嘴与夹套同轴设置，喷嘴的顶部与夹套密封固定连接。
[0008]优选的，所述丝材的倾斜角度为15
°‑
25
°
。
[0009]优选的，所述送丝机上设置有对丝材进行加热的加热组件。
[0010]优选的，所述工件设置在底板上，底板的下方设置有底板加热装置。
[0011]上述用于改性铝合金的TOPTIG电弧增材装置的增材方法，包括以下步骤：
[0012]S1、工件模型切片；
[0013]S2、将切片后的数据加载到上位机中，打开粉末加热箱、送丝机及底板加热装置开始预热；
[0014]S3、打开TOPTIG焊机电源起弧，调整送丝机的送丝速率、送粉器的送粉速率，焊枪角度，进行增材操作；
[0015]S4、完成模型切片后的最后一层，完成整个增材操作。
[0016]优选的，所述步骤S2中，工件的预热温度为80
‑
200℃。
[0017]优选的，所述步骤S3中，送粉速率为0
‑
50g/min，送丝速率为10
‑
200cm/min。
[0018]本专利技术所述的一种用于改性铝合金的TOPTIG电弧增材装置及增材方法的优点和积极效果是：
[0019]1、喷嘴的设置可将改性粉末实时的添加到熔池中，并且根据工件需要的特性实时的调控粉末添加速率；改性粉末的加入可以细化晶粒尺寸，对工件具有细晶强化的作用；并且改性粉末可以优化铝合金化学成分，改善铝合金的冶金性能，提高成型质量。并且TOPTIG电弧中的惰性气体对粉末也具有保护的作用，有利于降低制造设备成本和零件制造成本。
[0020]2、丝材的倾斜角度与钨极底端的锥面近乎平行，送丝机将丝材直接送到钨极前端的最高温度区域，能量利用率大幅提高，从而有利于提高成型速率。
[0021]3、送丝机、喷嘴和钨极集成为一体化设计，灵活性好，可以实现复杂零件的高精度增材制作；并且可以降低钨极、丝材和底板之间的自由度，三者的相对位置易控制，熔滴过渡平稳，熔池稳定，内部夹渣、气孔等冶金缺陷少，有利于控制层间表面与侧面质量和机械性能。
[0022]下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0023]图1为本专利技术一种用于改性铝合金的TOPTIG电弧增材装置及增材方法实施例的结构示意图。
[0024]附图标记
[0025]1、钨极；2、夹套；3、喷嘴；4、送丝机；5、丝材；6、粉末加热箱；7、送粉器；8、送粉管；9、工件；10、底板；11、底板加热装置。
具体实施方式
[0026]以下通过附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步说明。
[0027]除非另外定义，本专利技术使用的技术术语或者科学术语应当为本专利技术所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本专利技术中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、
“
左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
[0028]实施例
[0029]图1为本专利技术一种用于改性铝合金的TOPTIG电弧增材装置及增材方法实施例的结构示意图。如图所示，一种用于改性铝合金的TOPTIG电弧增材装置，包括喷嘴3，喷嘴3上设置有夹套2。喷嘴3为采用钢材制成的上部为圆柱体、下部为圆锥体的漏斗型结构，便于对金属粉末进行聚拢并喷出。喷嘴3的底部设置有出粉口，喷嘴3位于工件9的正上方，金属粉末通过出粉口喷射在工件9表面上，对工件9进行增材和改性。喷嘴3与夹套2同轴设置，喷嘴3的顶部与夹套2密封固定连接。钨极1位于夹套2的中心，钨极1穿过夹套2的中心延伸到工件9的上方，用于对工件9和金属粉末进行加热。金属粉末围绕在钨极1的周围，提高了钨极1对金属粉末加热的均匀性。
[0030]喷嘴3通过送粉管8与送粉器7连接，送粉管8上设置有对粉末进行加热的粉末加热箱6。送粉器7可以选用现有的气泵方式或其他的现有的方式进行送粉，为金属粉末的流动提供动力。金属粉末的成分可以与丝材相同或不同，根据铝合金的性能调整金属粉末的成分，从而对铝合金的性能进行改进。粉末加热箱6对配置好本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于改性铝合金的TOPTIG电弧增材装置，其特征在于：包括喷嘴，喷嘴上设置有夹套，钨极位于夹套内，喷嘴位于工件的正上方，喷嘴通过送粉管与送粉器连接，送粉管上设置有对粉末进行加热的粉末加热箱；喷嘴的侧壁上设置有送丝机，丝材的底端位于钨极的前端。2.根据权利要求1所述的一种用于改性铝合金的TOPTIG电弧增材装置，其特征在于：所述喷嘴为漏斗型结构，喷嘴与夹套同轴设置，喷嘴的顶部与夹套密封固定连接。3.根据权利要求1所述的一种用于改性铝合金的TOPTIG电弧增材装置，其特征在于：所述丝材的倾斜角度为15
°‑
25
°
。4.根据权利要求1所述的一种用于改性铝合金的TOPTIG电弧增材装置，其特征在于：所述送丝机上设置有对丝材进行加热的加热组件。5.根据权利要求1所述的一种用于改性铝合金的TOPTIG电弧增材装置，其特征在于：所述工件设置在底板上，底板的下方设置...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾宁宁，李胜连，于瑞卿，监文慧，
申请(专利权)人：河北金融学院，
类型：发明
国别省市：