本发明专利技术公开了一种环形电弧与拉瓦尔复合的电弧增材装置及增材工艺，包括拉瓦尔喷管、环形钨极、升降机构、工作台，所述升降机构与拉瓦尔喷管一端连接用于控制拉瓦尔喷管移动，所述拉瓦尔喷管包括拉瓦尔喷管收缩端、拉瓦尔喷管喉管，所述环形钨极与拉瓦尔喷管喉管远离拉瓦尔喷管收缩端一侧连接，所述工作台上放置基板，所述基板尺寸大于环形钨极的尺寸，所述拉瓦尔喷管顶部两侧设置有进气口，所述拉瓦尔喷管上还设置有送料机构。拉瓦尔效用喷管的存在明显提高了增材制造的结合强度，同时又避免了过大热输入导致的晶粒粗大的弊端，减小了产品裂纹的产生；环形电弧的存在增大了增材区域，大大提高了增材效率。大大提高了增材效率。大大提高了增材效率。
【技术实现步骤摘要】
一种环形电弧与拉瓦尔复合的电弧增材装置及增材工艺
[0001]本专利技术涉及增材制造设备
，尤其是一种环形电弧与拉瓦尔复合的电弧增材装置。
技术介绍
[0002]增材制造技术是一项革命性的制造技术，它颠覆了传统的减材制造方式，尤其金属增材制造，作为一项革命性、先进性制造技术，广泛应用于航空航天、生物医疗、工业模具和动力能源等相关领域。
[0003]电弧增材制造技术通过电弧熔化丝材，并根据产品三维模型将熔融金属按线
‑
面
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体逐层堆积，凝固成形出金属部件的工艺，具有丝材利用率高、成本低，零件尺寸不收成形缸或真空室的限制，易于修复零件等优点。而现有技术中，电弧增材的热输入大，导致增材的晶粒粗大，材料的力学性能较差，产品容易出现裂纹。
技术实现思路
[0004]为了克服现有技术中存在的上述问题，本专利技术提出一种环形电弧与拉瓦尔复合的电弧增材装置。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种环形电弧与拉瓦尔复合的电弧增材装置，包括拉瓦尔喷管、环形钨极、升降机构、工作台，所述升降机构与拉瓦尔喷管一端连接用于控制拉瓦尔喷管移动，所述拉瓦尔喷管包括拉瓦尔喷管收缩端、拉瓦尔喷管喉管，所述环形钨极与拉瓦尔喷管喉管远离拉瓦尔喷管收缩端一侧连接，所述工作台上放置基板，所述基板尺寸大于环形钨极的尺寸，所述拉瓦尔喷管顶部两侧设置有进气口，所述拉瓦尔喷管上还设置有送料机构。
[0006]上述的一种环形电弧与拉瓦尔复合的电弧增材装置，所述送料机构包括送丝结构，所述送丝结构位于拉瓦尔喷管中轴线上方，所述送丝结构用于将焊丝送至拉瓦尔喷管底部。
[0007]上述的一种环形电弧与拉瓦尔复合的电弧增材装置，所述送料机构包括颗粒粉末进口，所述颗粒粉末进口位于拉瓦尔喷管收缩端一侧。
[0008]上述的一种环形电弧与拉瓦尔复合的电弧增材装置，所述拉瓦尔喷管和环形电弧均为垂直于基板放置。
[0009]上述的一种环形电弧与拉瓦尔复合的电弧增材装置，所述拉瓦尔喷管收缩端的截面面积向拉瓦尔喷管喉管逐渐递减，拉瓦尔喷管收缩端的收缩角为30
°‑
60
°
，拉瓦尔喷管喉管呈直筒状，拉瓦尔喷管收缩端与拉瓦尔喷管喉管的直径比为2
‑
2.5：1。
[0010]上述的一种环形电弧与拉瓦尔复合的电弧增材装置，所述环形钨极与拉瓦尔喷管通过尼龙绝缘套连接。
[0011]上述的一种环形电弧与拉瓦尔复合的电弧增材装置，所述环形钨极与尼龙绝缘体通过螺纹连接，所述环形钨极上端及尼龙绝缘套下端均设置有螺纹。
[0012]上述任意一种环形电弧与拉瓦尔复合的电弧增材装置的增材工艺，包括如下步骤：
[0013]步骤1，通过升降机构调节拉瓦尔喷管的位置，使得拉瓦尔喷管底部的环形钨极与基板的距离为5
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8mm，确认拉瓦尔喷管与基板呈90
°
垂直放置；
[0014]步骤2，打开气体送给装置，将保护气体从进气口送入拉瓦尔喷管，气体从拉瓦尔喷管喉管排出；
[0015]步骤3，调整焊接参数及送料速度；
[0016]步骤4，启动焊接电源进行送料，并使得环形钨极通电开始增材；
[0017]步骤5，增材完成后，依次关闭焊接电源、送料机构和气体送给装置。
[0018]上述的一种环形电弧与拉瓦尔复合的电弧增材装置的增材工艺，所述步骤3中送料速度根据送料状态不同，送料速度也不同，送料为焊丝时，送料速度为2
‑
8m/min；送料为颗粒粉末时，送料速度为0.1
‑
1.2g/s。
[0019]本专利技术的有益效果是，拉瓦尔喷管使保护气以超音速的速度喷射到环形电弧区域，环形电弧加热基板同时增材材料，电弧的加热使基板表面形成环状熔化区，经过加速的增材材料以超音速的高速度撞击到电弧加热区使熔池中的晶粒细化，在撞击力和电弧加热的作用下实现熔化(冶金)结合和固相结合的混合结合特征，明显提高了增材制造的结合强度，同时又避免了过大热输入导致的晶粒粗大的弊端，减小了产品裂纹的产生。
附图说明
[0020]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。
[0021]图1为本专利技术实施例1示意图；
[0022]图2为本专利技术实施例2示意图；
[0023]图3为本专利技术弧形铁板。
[0024]图中1.送丝结构，2.进气口，3.焊丝，4.拉瓦尔喷管收缩端，5.拉瓦尔喷管喉管，6.环形钨极，7.环形电弧，8.基板，9.尼龙绝缘套，10.升降机构，11.上下调节旋钮，12.前后调节旋钮，13.工作台，14.弧形铁板，15.颗粒粉末进口，16.颗粒粉末。
具体实施方式
[0025]为使本领域技术人员更好的理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作详细说明。
[0026]本专利技术公开了一种环形电弧与拉瓦尔复合的电弧增材装置，包括拉瓦尔喷管、环形钨极6、升降机构10、工作台13，升降机构10与拉瓦尔喷管一端通过弧形铁板14连接用于控制拉瓦尔喷管移动，升降机构10上设置有上下调节旋钮11及前后调节旋钮12，可以通过上下调节旋钮11及前后调节旋钮12控制升降机构10的上下前后移动，进而带动拉瓦尔喷管移动，本实施例中采用的是华飞数控的小型焊接操作机，型号为HC
‑
2*2，市面上可实现此功能的升降机构均可以，因此在此对于升降机构的结构不再赘述。
[0027]拉瓦尔喷管包括拉瓦尔喷管收缩端3、拉瓦尔喷管喉管5，钨极中部抽空，只留下钨极圆壳形成环形钨极6，环形钨极6与拉瓦尔喷管喉管5远离拉瓦尔喷管收缩端4一侧通过尼龙绝缘体9螺纹连接，工作台13上放置基板8，基板8尺寸大于环形钨极6的尺寸，拉瓦尔喷管
顶部两侧设置有进气口2。
[0028]拉瓦尔喷管收缩端4的截面面积向拉瓦尔喷管喉管5逐渐递减，拉瓦尔喷管收缩端4的收缩角为30
°‑
60
°
，拉瓦尔喷管喉管5呈直筒状，拉瓦尔喷管收缩端4与拉瓦尔喷管喉管5的直径比为2
‑
2.5：1
[0029]实施例1
[0030]如图1所示，将普通电弧增材所用的焊枪保护气罩改为拉瓦尔喷管结构，将进气口2与气体送给装置连通，从进气口2通入保护气体氩气，拉瓦尔喷管中轴线上方设置有送丝结构1，送丝结构1用于将焊丝3送至拉瓦尔喷管底部，拉瓦尔喷管出口端为同轴的环形钨极6，如图1所示，可以将保护气体从亚音速加速到超音速，环形钨极6形成环形电弧7，环形电弧7在基板8加热形成环状熔化区，大大加快了电弧增材效率。
[0031]本实施例在工作时，采用的保护气体为纯Ar气，流量为15
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20L/min，包括以下步骤：
[0032](1)将拉瓦尔喷管通过弧形铁板固定在升降机构上，通过上下调节旋钮及前后调节旋钮调整拉瓦尔喷管的位置，使得环形钨极置于基板上方5
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...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种环形电弧与拉瓦尔复合的电弧增材装置，其特征在于：包括拉瓦尔喷管、环形钨极、升降机构、工作台，所述升降机构与拉瓦尔喷管一端连接用于控制拉瓦尔喷管移动，所述拉瓦尔喷管包括拉瓦尔喷管收缩端、拉瓦尔喷管喉管，所述环形钨极与拉瓦尔喷管喉管远离拉瓦尔喷管收缩端一侧连接，所述工作台上放置基板，所述基板尺寸大于环形钨极的尺寸，所述拉瓦尔喷管顶部两侧设置有进气口，所述拉瓦尔喷管上还设置有送料机构。2.根据权利要求1所述的一种环形电弧与拉瓦尔复合的电弧增材装置，其特征在于，所述送料机构包括送丝结构，所述送丝结构位于拉瓦尔喷管中轴线上方，所述送丝结构用于将焊丝送至拉瓦尔喷管底部。3.根据权利要求1所述的一种环形电弧与拉瓦尔复合的电弧增材装置，其特征在于，所述送料机构包括颗粒粉末进口，所述颗粒粉末进口位于拉瓦尔喷管收缩端一侧。4.根据权利要求1所述的一种环形电弧与拉瓦尔复合的电弧增材装置，其特征在于，所述拉瓦尔喷管和环形电弧均为垂直于基板放置。5.根据权利要求1所述的一种环形电弧与拉瓦尔复合的电弧增材装置，其特征在于，所述拉瓦尔喷管收缩端的截面面积向拉瓦尔喷管喉管逐渐递减，拉瓦尔喷管收缩端的收缩角为30
°‑
60
°
，拉瓦尔喷管喉管呈直筒状，拉瓦尔喷管收缩端与拉瓦尔喷管喉管的直径比为2
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2.5：1。6.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：张洪涛，余果，张鸿昌，赫文虎，于江，牛绍宇，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：
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