电弧增材制造设备制造技术

本发明专利技术公开了一种电弧增材制造设备，包括一个电弧增材制造焊枪，电弧增材制造焊枪安装在一个整体沿水平设置的保持架上且焊接头一端向下，保持架上还安装有一个振动搅拌装置，振动搅拌装置包括一个超声振动器，超声振动器下端向下设置有一根搅拌针，其特征在于，超声振动器能够为搅拌针提供沿轴向的振动。本发明专利技术具有能够在电弧增材制造过程中更好地引入超声辅助，提高超声作用效果，以改善电弧增材制造材料或零件的组织和力学性能的优点。造材料或零件的组织和力学性能的优点。造材料或零件的组织和力学性能的优点。

【技术实现步骤摘要】
电弧增材制造设备
[0001]本申请为申请号202110521134.8，申请日2021
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13的《一种超声辅助的电弧增材制造方法》专利的分案申请。


[0002]本专利技术涉及增材制造领域，特别涉及电弧增材制造设备。

技术介绍

[0003]近年来，在资源节约及高效制造的背景下，基于“加法”加工模式的增材制造技术在复杂形状薄壁件的制造上呈现出广阔的应用前景。随着航空航天、国防军工、轨道交通等关键
对致密金属零件的性能、精度、制造成本和周期的要求日趋苛刻，亟需开展相关研究以突破并掌握金属零件直接成形技术。电弧增材制造多采用熔化极惰性气体保护焊（MIG）、钨极惰性气体保护焊（TIG）以及等离子体焊接（PA）等电弧为热源，添加丝材，在程序控制下，根据三维数字模型由线
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面
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体逐渐成形出金属零件，主要特点是沉积效率和丝材利用率高、整体制造周期短（沉积速率可以达到1kg/h）、成本低，还具有原位复合制造以及成形大尺寸零件的能力（可以制造大至lm3的工件）。但是电弧增材制造的堆积层实质上就是焊丝熔化后的凝固组织，与电弧堆焊组织类似，组织往往出现不均匀现象，而且在熔合线附近的凝固组织容易长成粗大柱状晶；此外，还可能出现气孔等缺陷，导致增材制造堆积层性能不佳，难以获得高性能的增材制造材料或零件。
[0004]针对上述问题，CN106363173A和CN111215843A的两篇专利分别公布了一种超声波辅助激光焊增材制造的装置及使用方法和一种电弧增材制造热碾压的制造方法及装置，虽然在一定程度上减少了气孔缺陷，提高了焊缝质量。但仍然存在一下问题：激光焊设备结构较复杂，工艺流程，操作步骤繁琐，成本较高；热碾压设备采用焊后多次碾压，工序复杂，影响生产效率。
[0005]此外，CN102794542A和CN101239415A的两篇专利均公开了一种在焊接过程中利用外界震源使焊丝震动以减少焊接气孔的焊接方法，震动丝对焊接气孔的产生有一定改善，但存在一些问题：1）焊丝的融化位置在熔池上方，对熔池的搅拌作用有限；2）震动的焊丝使得焊接电弧随之震动，易造成焊丝稳弧性差，甚至熄弧，从而影响了焊缝的成型质量。

技术实现思路

[0006]针对上述现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题是：怎样提供一种能够在电弧增材制造过程中更好地引入超声辅助，提高超声作用效果，以改善电弧增材制造材料或零件的组织和力学性能的超声辅助的电弧增材制造方法，以及一种电弧增材制造设备。
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下的技术方案：一种超声辅助的电弧增材制造方法，其特征在于，在进行电弧增材制造时，将具有往复超声振动特征的搅拌针插入到增材制造熔池中，并随熔池同步移动，对熔池金属的凝固过程实施超声振动和搅拌，改善其凝固组织和力学性能。
[0008]这样，本方法中在电弧增材制造时，直接对熔池插入振动状态的搅拌针，通过搅拌针对熔池引入超声振动，能够更好地利用超声振动的空化效应和振动效应，减少焊接气孔，细化晶粒，提高焊接区域熔池边缘和非焊接区域在结晶过程中的结合强度，改善熔池金属凝固组织和力学性能。相较于其他超声振动方式，如加载于基底母材或通过电弧加载等，本专利技术的超声振动加载方式对熔池的超声振动更加直接，而且还有很好的机械搅拌作用，对熔池金属凝固组织和力学性能的改善效果更佳。
[0009]作为优化，所述搅拌针采用金属钨或者钨合金。
[0010]这样，能够更好地保证搅拌针不会和熔池金属产生反应。
[0011]作为优化，搅拌针振动方向为沿自身轴向。
[0012]这样，搅拌针作用于熔池只会带动熔池中液体金属在一定区域范围内做高频的往复振动，搅拌针是依靠振动对熔池产生出类似搅拌的效果（实际并不是常规意义上的搅拌），以减少焊接气孔，提高分子级别的焊接材料结合致密性，进而改善焊接区域力学性能，提高焊接效果。
[0013]作为优化，搅拌针振动频率为20
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100KHZ，振幅为0.2
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1mm。该范围的振动可以更好地保证振动对金属结晶为良性的影响，避免振动过大反而影响结晶，降低焊接质量。
[0014]作为一种选择，焊接时电弧增材制造焊枪沿垂直于熔池所在产品平面方向布置，搅拌针从电弧增材制造焊枪行进方向的前方或者后方斜向下插入到熔池中部下方实现超声振动。
[0015]这样是因为常规电弧增材制造时焊枪是沿垂直于产品平面方向布置，故此种方式在常规电弧增材制造工艺控制过程的基础上直接增加搅拌针引入超声振动即可实施，无需再调整电弧增材制造焊枪的控制程序，方便实施应用。
[0016]作为另一种选择，焊接时电弧增材制造焊枪布置为上端沿电弧增材制造焊枪行进方向的前方倾斜布置，搅拌针布置在电弧增材制造焊枪后方并垂直向下插入到增材制造熔池中部实现超声振动。
[0017]这样，电弧增材制造焊枪上端沿行进方向倾斜，可以更好地为熔池前方的待加工区域预热，同时可以为搅拌针让出沿熔池正中间位置垂直布置的空间，搅拌针垂直布置于熔池中部位置后，其超声振动可以非常均匀地传递作用到整个熔池，避免超声振动在熔池中传递不均匀导致对金属结晶融合效果的影响，极大地提高了产品成形质量。
[0018]进一步地，本方法依靠以下的电弧增材制造设备实现，所述电弧增材制造设备，包括一个电弧增材制造焊枪，电弧增材制造焊枪安装在一个整体沿水平设置的保持架上且焊接头一端向下，保持架上还安装有一个振动搅拌装置，振动搅拌装置包括一个超声振动器，超声振动器下端向下设置有一根搅拌针，超声振动器能够为搅拌针提供沿轴向的振动。
[0019]这样，焊枪和振动搅拌装置安装在同一个保持架上，能够更好地保证搅拌针跟随焊枪同步实现振动搅拌。
[0020]进一步地，电弧增材制造焊枪安装在一个焊枪安装套上，焊枪安装套通过一个焊枪安装套转动调节手柄可竖向转动地安装在保持架上。
[0021]这样拧松焊枪安装套转动调节手柄可以转动调节焊枪安装套在竖直方向的倾斜角度，进而可以根据需要实现对焊枪角度的调节，调节到位后拧紧焊枪安装套转动调节手柄可实现固定。方案中涉及调节手柄具体实现调节紧固的结构属于成熟现有技术，可以在
调节手柄上设置一个螺栓穿过焊枪安装套并和保持架上对应的螺孔配合即可实现，具体结构不在此详述。
[0022]进一步地，电弧增材制造焊枪可沿轴向滑动地安装在所述焊枪安装套上，焊枪安装套上还贯穿地旋接设置有焊枪紧固用螺栓实现对电弧增材制造焊枪的固定。
[0023]这样，可以方便调节焊枪在倾斜调整后，再调整高低位置，使其能够保持足够的熔池深度以及调节出和搅拌针相配合的相对位置。
[0024]进一步地，所述超声振动器竖向安装在一个振动器安装套上，振动器安装套通过一个振动器安装套振动调节手柄可竖向转动地安装在一个滑动套上，滑动套可水平滑动地安装在保持架上。
[0025]这样，可以方便根据需要调节搅拌针的倾斜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电弧增材制造设备，包括一个电弧增材制造焊枪，电弧增材制造焊枪安装在一个整体沿水平设置的保持架上且焊接头一端向下，保持架上还安装有一个振动搅拌装置，振动搅拌装置包括一个超声振动器，超声振动器下端向下设置有一根搅拌针，其特征在于，超声振动器能够为搅拌针提供沿轴向的振动。2.如权利要求1所述的电弧增材制造设备，其特征在于，电弧增材制造焊枪安装在一个焊枪安装套上，焊枪安装套通过一个焊枪安装套转动调节手柄可竖向转动地安装在保持架上。3.如权利要求2所述的电弧增材制造设备，其特征在于，电弧增材制造焊枪可沿轴向滑动地安装在所述焊枪安装套上，焊枪安装套上还贯穿地旋接设置有焊枪紧固用螺栓实现对电弧增材制造焊枪的固定。4.如权利要求1所述的电弧增材制造设备，其特征在于，搅拌针振动频率为20
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100KHZ，振幅为0.2
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1mm。5.如权利要求1所述的电弧增材制造设备，...

【专利技术属性】
技术研发人员：游国强，李琪，姚繁锦，周凯旋，彭力真，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：