双拉瓦尔效应冷式熔滴累积的3D打印焊枪装置及焊接方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于电弧增材设备领域，涉及一种双拉瓦尔效应冷式熔滴累积的3D打印焊枪装置及焊接方法。所述3D打印焊枪装置采用外、内双层拉瓦尔气体保护罩不仅可以使第二保护气体通道的保护气体加速，加速熔滴过渡，还在内、外管道内形成了第一保护气体通道，可以压缩环形电弧，使环形电弧成为薄壁状熔化焊丝，熔化的熔滴通过冷却铜板经过冷却后滴到增材基板上进行超低热输入增材，同时经过拉瓦尔效应的保护气体加速的熔滴加强了熔滴对熔池的冲击；脉动送气的方式提高了焊接电弧力，保护气的脉动冲击力加强了焊缝的冲击搅拌的作用，使熔池内液态金属流动增加熔深，同时促使熔池内气泡、杂质更容易溢出，减少焊缝的气孔、夹杂等焊接缺陷，增强了焊缝的质量。增强了焊缝的质量。增强了焊缝的质量。

【技术实现步骤摘要】
双拉瓦尔效应冷式熔滴累积的3D打印焊枪装置及焊接方法


[0001]本专利技术属于电弧增材设备领域，涉及双拉瓦尔效应冷式熔滴累积的3D打印焊枪装置及焊接方法。

技术介绍

[0002]电弧增材制造技术(WireArcAdditiveManufacture，WAAM)是一种采用电弧或等离子弧作为热源将金属丝材熔化，在程序或软件控制下采用逐层熔覆原理，根据三维数字模型由线
‑
面
‑
体制造出接近产品形状和尺寸要求的三维金属坯件的先进数字化制造技术。
[0003]相对于增材技术较为成熟的激光选区熔化技术(SLM)，电弧增材较为自由的成型环境对零件尺寸几乎无限制，成型效率可达每小时几公斤，更适合中大型到超大型复杂金属构件的制造，且其也为节省能源和材料开辟了道路，随着近年来技术成熟度和工业化程度逐步达到了工业化应用的水平，逐渐被越来越多的人关注。
[0004]而现有技术中，电弧增材以电弧为载能束，热输入高，成形精度稍差，成型件微观组织粗大，导致材料的力学性能较差，产品容易出现咬边等焊接缺陷，尤其是对于例如镁合金、铝合金等敏感金属来说热输入是极为重要的因素，随着增材层数的增加，基板对焊道的冷却效果减弱，目前常用的冷却方法是外加水冷却和空气喷射冷却等，这些冷却方法对应的增材效率有待提高。

技术实现思路

[0005]针对上述技术问题，本专利技术提供一种双拉瓦尔效应冷式熔滴累积的3D打印焊枪装置及焊接方法；本专利技术提供的所述3D打印焊枪装置采用外、内双层拉瓦尔气体保护罩不仅可以使第二保护气体通道的保护气体加速，加速熔滴过渡，还在内、外管道内形成了第一保护气体通道，可以压缩环形电弧，使环形电弧成为薄壁状熔化焊丝，熔化的熔滴通过冷却铜板经过冷却后滴到增材基板上进行超低热输入增材，同时经过拉瓦尔效应的保护气体加速的熔滴加强了熔滴对熔池的冲击。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0007]一种双拉瓦尔效应挂壁式高速电弧冷式熔滴3D打印焊枪装置，所述3D打印焊枪装置包括：双拉瓦尔保护气罩、环形钨极、焊丝、冷却铜板；
[0008]所述双拉瓦尔保护气罩包括外层拉瓦尔气体保护罩和内层拉瓦尔气体保护罩；
[0009]所述内层拉瓦尔气体保护罩的底部和所述环形钨极的顶部连接；所述外层拉瓦尔气体保护罩的底部和所述冷却铜板连接；所述环形钨极设置在所述冷却铜板的上方，所述环形钨极和所述冷却铜板设置具有一定高度的空隙；
[0010]所述外层拉瓦尔气体保护罩和所述内层拉瓦尔气体保护罩之间的空间为第一保护气体通道，所述内层拉瓦尔气体保护罩的内部空间为第二保护气体通道；所述第一保护气体通道和所述第二保护气体通道的上方分别开设有进气孔；
[0011]所述冷却铜板的中间设置用于熔滴增材通道的中空通道，且在所述冷却铜板上设
置出气孔；所述中空通道与环形钨极及所述第二保护气体通道连通；所述出气孔与所述第一保护气体通道连通；
[0012]所述环形钨极为中空结构，所述焊丝设置于所述内层拉瓦尔气体保护罩的中轴线上，所述焊丝伸至所述环形钨极的底部。
[0013]进一步地，所述外层拉瓦尔气体保护罩包括从上到下依次连通的外层拉瓦尔气体保护罩直通管、外层拉瓦尔气体保护罩收缩管、外层拉瓦尔气体保护罩喉管；
[0014]所述内层拉瓦尔气体保护罩包括从上到下依次连通的内层拉瓦尔气体保护罩直通管、内层拉瓦尔气体保护罩收缩管、内层拉瓦尔气体保护罩喉管。
[0015]进一步地，所述外层拉瓦尔气体保护罩收缩管和所述内层拉瓦尔气体保护罩收缩管的收缩角范围为30
°‑
60
°
；其中，所述收缩角为喉管与收缩管的夹角θ；对于同一个3D打印焊枪装置中所述外层拉瓦尔气体保护罩收缩管和所述内层拉瓦尔气体保护罩收缩管的收缩角相同；
[0016]所述外层拉瓦尔气体保护罩收缩管和所述内层拉瓦尔气体保护罩收缩管的截面面积从上到下逐渐递减，所述外层拉瓦尔气体保护罩收缩管和所述内层拉瓦尔气体保护罩收缩管在同一水平面上对应的圆形截面的直径比为(3
‑
5):1；
[0017]所述外层拉瓦尔气体保护罩喉管和所述内层拉瓦尔气体保护罩喉管为直筒状；所述外层拉瓦尔气体保护罩喉管和所述内层拉瓦尔气体保护罩喉管的直径比为(3
‑
5):1。
[0018]所述外层拉瓦尔气体保护罩和所述内层拉瓦尔气体保护罩的上述尺寸(收缩角和直径比)是按照拉瓦尔管尺寸设计的；所述外层拉瓦尔气体保护罩和所述内层拉瓦尔气体保护罩能够将对保护气体进行加速，在喉管的部分保护气体的速度能够达到音速。
[0019]进一步地，所述内层拉瓦尔气体保护罩喉管的底部和所述环形钨极的顶部通过AgCuTi钎料进行焊接连接；
[0020]所述外层拉瓦尔气体保护罩喉管的底部和所述冷却铜板的顶部外边缘部位通过AgCuTi钎料进行焊接连接。
[0021]进一步地，在所述外层拉瓦尔气体保护罩和所述内层拉瓦尔气体保护罩的顶部安装端盖，在所述端盖上开设第一进气孔和第二进气孔；所述第一进气孔和所述第一保护气体通道连通，所述第二进气孔和所述第二保护气体通道连通。
[0022]进一步地，所述冷却铜板包括上部板面和下部凸出的冷却水通道，所述上部板面和所述冷却水通道的中间部分为所述中空通道；
[0023]所述上部面板为圆形，所述出气孔贯穿设置在所述上部面板的上，所述出气孔的数量为6
‑
10个，且所述出气孔围绕所述中空通道均匀设置；
[0024]所述冷却铜板的下端为为冷却水通道，所述冷却水通道包括冷却水进水孔和冷却水出水口。
[0025]其中，所述冷却铜板具有冷却熔滴的作用，相当于减小热输入，被钨极熔化的焊丝形成高温的熔滴，高温熔滴经过通有冷却水的冷却铜板的下部被冷却，进而可以进行低温增材。
[0026]进一步地，所述3D打印焊枪装置还包括：脉动送气装置、脉动送丝装置；
[0027]所述焊丝1和所述脉动送丝装置相连；
[0028]所述脉动送气装置和所述所述第一进气孔及所述第二进气孔连接，用于为所述第
一保护气体通道和所述第二保护气体通道输送保护气体。
[0029]进一步地，采用的保护气体为纯Ar气，压缩气体压力在0.5
‑
1.2MPa。
[0030]进一步地，根据所述环形钨极底部形状的不同，所述环形钨极包括中间尖的环形钨极、底部外侧尖的环形钨极和底部内侧尖的环形钨极三种规格；
[0031]所述环形钨极和所述冷却铜板之间的所述空隙的高度为5
‑
8mm。
[0032]一种焊接方法，采用所述双拉瓦尔效应挂壁式高速电弧冷式熔滴3D打印焊枪装置进行焊接，所述方法包括：
[0033]步骤1：将所述3D打印焊枪装置固定在焊接操作机上，通过调节焊接操作机来调节所述3D打印焊枪装置的位置，使所述3D打印焊枪装置位于要增材物体的正上方，调节所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双拉瓦尔效应挂壁式高速电弧冷式熔滴3D打印焊枪装置，其特征在于，所述3D打印焊枪装置包括：双拉瓦尔保护气罩、环形钨极(4)、焊丝(1)、冷却铜板(6)；所述双拉瓦尔保护气罩包括外层拉瓦尔气体保护罩(2)和内层拉瓦尔气体保护罩(3)；所述内层拉瓦尔气体保护罩(3)的底部和所述环形钨极(4)的顶部连接；所述外层拉瓦尔气体保护罩(2)的底部和所述冷却铜板(6)连接；所述环形钨极(4)设置在所述冷却铜板(6)的上方，所述环形钨极(4)和所述冷却铜板(6)设置具有一定高度的空隙；所述外层拉瓦尔气体保护罩(2)和所述内层拉瓦尔气体保护罩(3)之间的空间为第一保护气体通道，所述内层拉瓦尔气体保护罩(3)的内部空间为第二保护气体通道；所述第一保护气体通道和所述第二保护气体通道的上方分别开设有进气孔；所述冷却铜板(6)的中间设置用于熔滴增材通道的中空通道，且在所述冷却铜板(6)上设置出气孔；所述中空通道与环形钨极(4)及所述第二保护气体通道连通；所述出气孔与所述第一保护气体通道连通；所述环形钨极(4)为中空结构，所述焊丝1设置于所述内层拉瓦尔气体保护罩(3)的中轴线上，所述焊丝1伸至所述环形钨极(4)的底部。2.根据权利要求1所述一种双拉瓦尔效应挂壁式高速电弧冷式熔滴3D打印焊枪装置，其特征在于，所述外层拉瓦尔气体保护罩(2)包括从上到下依次连通的外层拉瓦尔气体保护罩直通管(21)、外层拉瓦尔气体保护罩收缩管(22)、外层拉瓦尔气体保护罩喉管(23)；所述内层拉瓦尔气体保护罩(3)包括从上到下依次连通的内层拉瓦尔气体保护罩直通管(31)、内层拉瓦尔气体保护罩收缩管(32)、内层拉瓦尔气体保护罩喉管(33)。3.根据权利要求2所述一种双拉瓦尔效应挂壁式高速电弧冷式熔滴3D打印焊枪装置，其特征在于，所述外层拉瓦尔气体保护罩收缩管(22)和所述内层拉瓦尔气体保护罩收缩管(32)的收缩角范围为30
°‑
60
°
；所述外层拉瓦尔气体保护罩收缩管(22)和所述内层拉瓦尔气体保护罩收缩管(32)的截面面积从上到下逐渐递减，所述外层拉瓦尔气体保护罩收缩管(22)和所述内层拉瓦尔气体保护罩收缩管(32)在同一水平面上对应的圆形截面的直径比为(3
‑
5):1；所述外层拉瓦尔气体保护罩喉管(23)和所述内层拉瓦尔气体保护罩喉管(33)为直筒状；所述外层拉瓦尔气体保护罩喉管(23)和所述内层拉瓦尔气体保护罩喉管(33)的直径比为(3
‑
5):1。4.根据权利要求2所述一种双拉瓦尔效应挂壁式高速电弧冷式熔滴3D打印焊枪装置，其特征在于，所述内层拉瓦尔气体保护罩喉管(33)的底部和所述环形钨极(4)的顶部通过AgCuTi钎料进行焊接连接；所述外层拉瓦尔气体保护罩喉管(23)的底部和所述冷却铜板(6)的顶部外边缘部位通过AgCuTi钎料进行焊接连接。5.根据权利要求1所述一种双拉瓦尔效应挂壁式高速电弧冷式熔滴3D打印焊枪装置，其特征在于，在所述外层拉瓦尔气体保护罩(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：张洪涛，余果，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：