CN108326454B - 一种铝合金电弧增材柔性气体保护装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝合金电弧增材柔性气体保护装置，包括气体保护室本体；支撑装置，所述支撑装置用于支撑所述气体保护室本体；所述气体保护室本体的上端设置有排气管路；所述气体保护室本体设置有检测装置，所述检测装置用于检测所述气体保护室本体内的氧气浓度、湿度或氩气浓度中的一种或多种；执行装置，所述执行装置延伸进入所述气体保护室本体的一端包括焊枪，所述焊枪上设置有进气装置，所述进气装置用于输入空气和氩气；所述执行装置与所述气体保护室本体连接的位置设置有用于密封所述气体保护室本体的柔性密封罩；所述执行装置可在所述气体保护室本体内沿预定方向移动预定行程。本发明公开了一种铝合金电弧增材柔性气体保护方法。

Description

一种铝合金电弧增材柔性气体保护装置及方法

技术领域

本发明涉及丝材电弧快速成形技术保护装置技术领域，具体地，涉及一种铝合金电弧增材柔性气体保护装置及方法。

背景技术

铝合金具有材料密度低、强度比高、塑性好、耐腐蚀性能强等优点，广泛的应用于航空航天领域。铝合金电弧送丝增材制造技术是一种通过焊接原理，熔化铝合金焊丝堆积成三维结构形态的金属结构件的方法。相比于激光快速成型技术，电弧送丝增材制造技术具有成本低、成型效率高、成形组织致密等优点，特别适用于航空航天领域大型铝合金结构件的快速成形制造。但铝合金具有严重的氧化和吸气倾向，增材制造过程暴露在大气环境下，熔池易融入氢元素而形成气孔，成形表面也容易氧化，严重影响成形零件的性能。

为减小气孔含量和表面氧化，需要对铝合金电弧增材成形环境进行保护控制，中国专利CN205414666U公开了一种钛合金增材制造气体保护装置，能有效防止钛合金增材制造过程中与空气的接触，同时能减小增材制造过程中热量的积累。此专利的不足之处在于，有效成形体积小，不能满足大型结构件的需求；由于铝合金比钛合金对氢元素更敏感，此专利底座上进气口并不能对焊接区域起到特殊的保护作用，且很容易被大型基板覆盖，无法有效避免组织宏观气孔的形成，因此该装置并不适用于铝合金结构件的增材制造。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铝合金电弧增材柔性气体保护装置，通过施焊前依次充入干燥气体和高纯氩气，并对熔池及附近区域重点保护，可制备无宏观气孔的铝合金零件，从而提高铝合金电弧增材零件的性能。

本发明提供以下技术方案：

一种铝合金电弧增材柔性气体保护装置，包括 气体保护室本体；支撑装置，所述支撑装置用于支撑所述气体保护室本体；所述气体保护室本体的上端设置有排气管路；所述气体保护室本体设置有检测装置，所述检测装置用于检测所述气体保护室本体内的氧气浓度、湿度或氩气浓度中的一种或多种；执行装置，所述执行装置延伸进入所述气体保护室本体的一端包括焊枪，所述焊枪上设置有进气装置，所述进气装置输入水分含量不高于5ppmv的空气,待保护室内相对湿度为0-2%RH时停止充入空气，改充入预定纯度的氩气，所述氩气的纯度不低于99.999%； 所述执行装置与所述气体保护室本体连接的位置设置有用于密封所述气体保护室本体的柔性密封罩；所述执行装置可在所述气体保护室本体内沿预定方向移动预定行程。

进一步地，所述柔性密封罩一端安装在所述气体保护室本体的一侧，一端连接于所述执行装置上，所述柔性密封罩呈折叠结构，可伸展或压缩。

进一步地，所述检测装置包括氧浓度传感器、湿度传感器或氩气传感器中的一种或多种。

进一步地，所述预定行程为0.5m-2m。

进一步地，所述柔性密封罩的内侧安装有用于提高所述柔性密封罩刚度的弹性限位装置。

进一步地，所述弹性限位装置包括安装于所述执行装置上的弹性限位座及连接于所述弹性限位座一端的弹性限位绳，所述弹性限位绳的另一端连接所述气体保护室本体。

进一步地，所述执行装置为机械臂。

进一步地，所述焊枪为MIG焊枪或TIG焊枪。

本发明还提供了一种铝合金电弧增材柔性气体保护方法，其包括上述的铝合金电弧增材柔性气体保护装置，还包括以下步骤：

（1）在施焊前通过进气口充入预定湿度的空气，所述空气的水分含量不高于5ppmv，待保护室内相对湿度为0-2%RH时停止充入空气，改充入预定纯度的氩气，所述氩气的纯度不低于99.999%；

（2）待氧气浓度小于0-2%时，适当调小氩气的充入速度，开始电弧增材制造；

（3）电弧增材完成后，待工件冷却后停止充入氩气，充入干燥空气后，即可取出工件。

本发明的有益效果为：

（1）本发明方法通过折叠结构的柔性密封罩，在其内侧安装弹性限位装置，扩大了有效成形体积且提高了柔性密封罩的刚度；

（2）本发明方法通过施焊前依次充入干燥气体和高纯氩气，能降低成本，并有效减小保护室内氢元素的含量，减小气孔的形成；

（3）本发明方法通过将进气口随焊枪运动，对熔池及附近区域重点保护，能制备无宏观气孔的铝合金零件从而提高铝合金电弧增材零件的性能。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明一种铝合金电弧增材柔性气体保护装置的整体结构示意图；

图2为本发明一种铝合金电弧增材柔性气体保护装置的柔性密封罩及弹性限位装置截面示意图；

附图标记说明：

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-2所示，一种铝合金电弧增材柔性气体保护装置，包括气体保护室本体3，支撑装置用于支撑气体保护室本体3的支撑装置4，该支撑装置4可为安装于气体保护室本体3下部的工作台底座，具体地，该支撑装置4可为从任何方向支撑该气体保护室本体3的装置。气体保护室本体3的上端设置有排气管路1，排气管路1具有一定的长度和横截面积，电弧增材过程中气体保护室本体3的体积会发生变化，足够的排气管路体积可以保障外部空气不会进入气体保护室内部。气体保护室本体3内部还包括检测装置2，检测装置2用来检测所述气体保护室本体内的氧气浓度、湿度或氩气浓度中的一种或多种，用于评价保护气封效果。具体地，检测装置2包括氧浓度传感器、湿度传感器或氩气传感器中的一种或多种。

进一步地，该铝合金电弧增材柔性气体保护装置还包括执行装置6，优选地，该执行装置可为机械臂6。柔性密封罩5一端安装在气体保护室本体3的一侧，一端连接于机械臂6上，柔性密封罩5两端均做密封处理，柔性密封罩5呈折叠结构，可伸展和压缩，该结构可显著增加机械臂6的可达行程。机械臂6前端安装有焊枪7，焊枪7可以是MIG焊枪或TIG焊枪。焊枪7上安装有进气装置8，进气装置8是干燥空气和高纯氩气的公共进气装置，进气装置8的保护气能对熔池及附近高温区形成有效保护。进一步地，机械臂6可在气体保护室本体3内以机械臂本体为圆心进行X、Y与Z轴方向进行移动，具体地，机械臂在每个方向移动的预定行程为0.5m-2m。

进一步地，柔性密封罩5通过压紧卡箍11固定，在机械臂6上安装有弹性限位装置，弹性限位装置包括弹性限位座9和弹性限位绳10，弹性限位绳10一端连接弹性限位座9，一端连接气体保护室本体3，在柔性密封罩内共分布4条弹性限位绳10。在机械臂运动的全行程中，弹性限位绳10始终处于拉伸状态，可以有效防止柔性密封罩5因受力而产生的变形对电弧增材区域的影响。

本发明还提供了一种铝合金电弧增材柔性气体保护方法，该方法包括以上所述的铝合金电弧增材柔性气体保护装置，利用该保护装置，在施焊前通过进气口充入预定湿度的空气，优选地,空气的水分含量不高于5ppmv,待保护室内相对湿度为0-2%RH时停止充入预定湿度的空气，改充入预定纯度的氩气，优选地,该氩气纯度不低于99.999%,这样做的好处是既能有效减小保护室内氢元素的含量，也能在不影响成形质量的前提下减小预定纯度氩气的使用量，从而减小费用。待氧气浓度小于0-2%时，适当调小氩气的充入速度，开始电弧增材制造。此时进气口充入的高纯氩气会对熔池及附近高温区域重点保护。电弧增材完成后，待工件冷却后停止充入氩气，充入干燥空气后，即可取出工件。所制备的铝合金零件无宏观气孔，有效提高铝合金电弧增材零件的性能。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种铝合金电弧增材柔性气体保护装置，其特征在于，

包括气体保护室本体；

支撑装置，所述支撑装置用于支撑所述气体保护室本体；

所述气体保护室本体的上端设置有排气管路；

所述气体保护室本体设置有检测装置，所述检测装置用于检测所述气体保护室本体内的氧气浓度、湿度或氩气浓度中的一种或多种；

执行装置，所述执行装置延伸进入所述气体保护室本体的一端包括焊枪，所述焊枪上设置有进气装置，所述进气装置输入水分含量不高于5ppmv的空气,待保护室内相对湿度为0-2%RH时停止充入空气，改充入预定纯度的氩气，所述氩气的纯度不低于99.999%；所述执行装置与所述气体保护室本体连接的位置设置有用于密封所述气体保护室本体的柔性密封罩；所述执行装置可在所述气体保护室本体内沿预定方向移动预定行程，所述柔性密封罩一端安装在所述气体保护室本体的一侧，一端连接于所述执行装置上，所述柔性密封罩呈折叠结构，可伸展或压缩，所述检测装置包括氧浓度传感器、湿度传感器或氩气传感器中的一种或多种，所述预定行程为0.5m-2m，

所述柔性密封罩的内侧安装有用于提高所述柔性密封罩刚度的弹性限位装置，所述弹性限位装置包括安装于所述执行装置上的弹性限位座及连接于所述弹性限位座一端的弹性限位绳，所述弹性限位绳的另一端连接所述气体保护室本体。

2.如权利要求1所述的一种铝合金电弧增材柔性气体保护装置，其特征在于，所述执行装置为机械臂。

3.如权利要求2所述的一种铝合金电弧增材柔性气体保护装置，所述焊枪为MIG焊枪或TIG焊枪。

4.一种铝合金电弧增材柔性气体保护方法，其包括权利要求1-3中任一项所述的铝合金电弧增材柔性气体保护装置，包括以下步骤：

（1）在施焊前通过进气口充入预定湿度的空气，所述空气的水分含量不高于5ppmv，待保护室内相对湿度为0-2%RH时停止充入空气，改充入预定纯度的氩气，所述氩气的纯度不低于99.999%；

（2）待氧气浓度小于2%时，适当调小氩气的充入速度，开始电弧增材制造；

（3）电弧增材完成后，待工件冷却后停止充入氩气，充入干燥空气后，即可取出工件。

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