CN109175639A - 一种同轴送丝双等离子弧增材制造装置 - Google Patents

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李�权
冯晨
严振宇
周庆军
田彩兰
朱瑞灿
李晓光
董鹏
梁晓康
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Abstract

一种同轴送丝双等离子弧增材制造装置，涉及增材制造技术领域；包括保护腔、2个焊枪、焊丝、送丝机构和保护气；其中，保护腔为中空腔体结构；保护气填充在保护腔的内腔中；焊丝竖直设置在保护腔内腔轴线处；2个焊枪固定安装在保护腔的内腔中，且2个焊枪对称设置在焊丝的两侧；送丝机构套装在焊丝的外壁；保护腔的底部设置有通孔；通过送丝机构实现将焊丝竖直向下穿过通孔进行送给；本发明解决了常规等离子弧增材制造过程中旁轴送丝所带来的路径规划困难、机器人编程复杂、成形效率低、复杂结构难以成形等问题。

Description

一种同轴送丝双等离子弧增材制造装置
技术领域
本发明涉及一种增材制造技术领域，特别是一种同轴送丝双等离子弧增材制造装置。
背景技术
等离子弧增材制造技术采用等离子弧作为热源，对焊丝进行加热熔化，逐层沉积，从而完成零件的成形。等离子弧属于压缩电弧，与普通TIG增材技术相比，具有电弧指向性好、成形精度高、沉积效率高等优点。目前，该方法已应用到钛合金、铝合金等材料大型结构件的增材制造当中。
但等离子弧增材制造与MIG增材制造或冷金属过渡(CMT)增材制造相比，有其不足之处。由于等离子弧焊属于非熔化极焊接，填丝过程需要单独的送丝机构，并且基本都采用旁轴送丝方式。增材制造过程中，焊枪垂直于工件表面，送丝嘴从侧向将焊丝送至焊枪下方进行熔化沉积。但该方法受送丝嘴与焊接行进方向之间角度的影响较大，不同送丝位置会直接影响焊缝的成形质量及性能。目前普遍采用前送丝的方式，即送丝位置位于熔池前端，并且为了保证成形及性能的一致性，整个增材过程中都需保持前送丝，这就导致采用该方法加工复杂零件时，需要不断改变送丝方向或旋转工作台面，大大增加了成形路径规划的难度及机器人编程的复杂度，并且难度降低了成形效率，对于某些个特殊结构，甚至难以加工。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种同轴送丝双等离子弧增材制造装置，解决了常规等离子弧增材制造过程中旁轴送丝所带来的路径规划困难、机器人编程复杂、成形效率低、复杂结构难以成形等问题。
本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：
一种同轴送丝双等离子弧增材制造装置，包括保护腔、2个焊枪、焊丝、送丝机构和保护气；其中，保护腔为中空腔体结构；保护气填充在保护腔的内腔中；焊丝竖直设置在保护腔内腔轴线处；2个焊枪固定安装在保护腔的内腔中，且2个焊枪对称设置在焊丝的两侧；送丝机构套装在焊丝的外壁；保护腔的底部设置有通孔；通过送丝机构实现将焊丝竖直向下穿过通孔进行送给。
在上述的一种同轴送丝双等离子弧增材制造装置，所述的保护腔为柱椎体结构；保护腔竖直高度为250-350mm；保护腔上端部分为柱体结构，直径为200-400mm；保护腔下端部分为椎体结构；椎体结构竖直底端的小径端直径为100-200mm；椎体结构的锥度为130°-150°。
在上述的一种同轴送丝双等离子弧增材制造装置，保护腔的底面距外部待加工工件上表面距离为10-15mm。
在上述的一种同轴送丝双等离子弧增材制造装置，所述2个焊枪枪口倾斜向下，沿保护腔椎体结构的锥度方向放置；2个焊枪间的夹角为60°-120°。
在上述的一种同轴送丝双等离子弧增材制造装置，所述焊枪的枪口中心处距保护腔底部的竖直距离L1为15-20mm；焊枪的枪口中心处沿焊枪轴线方向与焊丝的距离L2为20-25mm。
在上述的一种同轴送丝双等离子弧增材制造装置，所述焊丝的直径为0.8-1.6mm；焊丝采用金属材料。
在上述的一种同轴送丝双等离子弧增材制造装置，送丝机构与保护腔底面的竖直距离为70-90mm。
在上述的一种同轴送丝双等离子弧增材制造装置，所述保护气采用氩气，浓度为99.99％。
在上述的一种同轴送丝双等离子弧增材制造装置，所述焊枪包括壳体、钨极、等离子气和冷却水；其中，壳体为带有中空腔体的双层外壳；钨极为锥柱状结构；钨极固定安装在壳体的轴线处；等离子气填充在钨极的外壁与壳体的内壁之间；冷却水在双层壳体的夹层中循环。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明采用双等离子弧焊枪的设计，攻克了等离子弧增材的同轴送丝难题，能够有效地避免旁轴送丝带来的路径规划、复杂结构成形困难等问题；
(2)本发明采用同轴送丝，能够确保在增材制造过程中，在任意方向上焊接时焊缝成形及性能保持一致，且双等离子弧焊枪角度可任意调节；
(3)本发明可实现更为复杂结构的加工，大大提高了等离子弧增材制造技术的在复杂零件制造上的可行性。
附图说明
图1为本发明同轴送丝双等离子弧增材制造装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
本发明提供一种同轴送丝双等离子弧增材制造装置，采用双等离子弧焊枪的设计，攻克了等离子弧增材的同轴送丝难题，能够有效地避免旁轴送丝带来的路径规划、复杂结构成形困难等问题；同时，采用同轴送丝，能够确保在增材制造过程中，在任意方向上焊接时焊缝成形及性能保持一致，且双等离子弧焊枪角度可任意调节。
如图1所示为同轴送丝双等离子弧增材制造装置结构示意图，由图可知，一种同轴送丝双等离子弧增材制造装置，包括保护腔1、2个焊枪2、焊丝4、送丝机构5和保护气7；其中，保护腔1为中空腔体结构；保护气7采用氩气，浓度为99.99％。保护气7填充在保护腔1的内腔中；焊丝4的直径为0.8-1.6mm；焊丝4采用金属材料。焊丝4竖直设置在保护腔1内腔轴线处；2个焊枪2固定安装在保护腔1的内腔中，且2个焊枪2对称设置在焊丝4的两侧；送丝机构5套装在焊丝4的外壁；且送丝机构5与保护腔1底面的竖直距离为70-90mm；保护腔1的底部设置有通孔；通过送丝机构5实现将焊丝4竖直向下穿过通孔进行送给。
所述的保护腔1为柱椎体结构；保护腔1竖直高度为250-350mm；保护腔1上端部分为柱体结构，直径为200-400mm；保护腔1下端部分为椎体结构；椎体结构竖直底端的小径端直径为100-200mm；椎体结构的锥度为130°-150°。保护腔1的底面距外部待加工工件上表面距离为10-15mm。
2个焊枪2枪口倾斜向下，沿保护腔1椎体结构的锥度方向放置；2个焊枪2间的夹角为60°-120°。焊枪2的枪口中心处距保护腔1底部的竖直距离L1为15-20mm；焊枪2的枪口中心处沿焊枪2轴线方向与焊丝4的距离L2为20-25mm。
焊枪2包括壳体3、钨极8、等离子气9和冷却水10；其中，壳体3为带有中空腔体的双层外壳；钨极8为锥柱状结构；钨极8固定安装在壳体3的轴线处；等离子气9填充在钨极8的外壁与壳体3的内壁之间；冷却水10在双层壳体3的夹层中循环。
同轴送丝双等离子弧增材制造装置的具体设计包括如下步骤：
步骤1、送丝机构5沿垂直于加工平面的方向送丝，使得液态熔滴垂直进入熔池，以此保证沿各个方向增材时成形的一致性，避免了旁轴送丝产生的问题。
步骤2、等离子弧焊机由一路信号、水冷、等离子气集成通道分成两路，同时控制两个焊枪2，两个焊枪2对称分布在焊丝4两侧，调整焊枪2轴线与焊丝4之间的角度，保证两束等离子弧产生的熔池基本重合，且位于焊丝4的正下方。
步骤3、将两个焊枪2及垂直方向的送丝机构5集成在一个大的腔体中形成新的焊枪2，即同轴送丝双等离子弧焊枪。
步骤4、焊接时，通过集成总线向腔体内通入保护气7进行气氛保护，腔内两个焊枪2分别通过两路分线通等离子气9和冷却水10，等离子弧焊机同时控制两个焊枪2的通断，以此完成同轴送丝双等离子弧增材。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (9)

1.一种同轴送丝双等离子弧增材制造装置，其特征在于：包括保护腔(1)、2个焊枪(2)、焊丝(4)、送丝机构(5)和保护气(7)；其中，保护腔(1)为中空腔体结构；保护气(7)填充在保护腔(1)的内腔中；焊丝(4)竖直设置在保护腔(1)内腔轴线处；2个焊枪(2)固定安装在保护腔(1)的内腔中，且2个焊枪(2)对称设置在焊丝(4)的两侧；送丝机构(5)套装在焊丝(4)的外壁；保护腔(1)的底部设置有通孔；通过送丝机构(5)实现将焊丝(4)竖直向下穿过通孔进行送给。
2.根据权利要求1所述的一种同轴送丝双等离子弧增材制造装置，其特征在于：所述的保护腔(1)为柱椎体结构；保护腔(1)竖直高度为250-350mm；保护腔(1)上端部分为柱体结构，直径为200-400mm；保护腔(1)下端部分为椎体结构；椎体结构竖直底端的小径端直径为100-200mm；椎体结构的锥度为130°-150°。
3.根据权利要求2所述的一种同轴送丝双等离子弧增材制造装置，其特征在于：保护腔(1)的底面距外部待加工工件上表面距离为10-15mm。
4.根据权利要求3所述的一种同轴送丝双等离子弧增材制造装置，其特征在于：所述2个焊枪(2)枪口倾斜向下，沿保护腔(1)椎体结构的锥度方向放置；2个焊枪(2)间的夹角为60°-120°。
5.根据权利要求4所述的一种同轴送丝双等离子弧增材制造装置，其特征在于：所述焊枪(2)的枪口中心处距保护腔(1)底部的竖直距离L1为15-20mm；焊枪(2)的枪口中心处沿焊枪(2)轴线方向与焊丝(4)的距离L2为20-25mm。
6.根据权利要求5所述的一种同轴送丝双等离子弧增材制造装置，其特征在于：所述焊丝(4)的直径为0.8-1.6mm；焊丝(4)采用金属材料。
7.根据权利要求6所述的一种同轴送丝双等离子弧增材制造装置，其特征在于：送丝机构(5)与保护腔(1)底面的竖直距离为70-90mm。
8.根据权利要求7所述的一种同轴送丝双等离子弧增材制造装置，其特征在于：所述保护气(7)采用氩气，浓度为99.99％。
9.根据权利要求8所述的一种同轴送丝双等离子弧增材制造装置，其特征在于：所述焊枪(2)包括壳体(3)、钨极(8)、等离子气(9)和冷却水(10)；其中，壳体(3)为带有中空腔体的双层外壳；钨极(8)为锥柱状结构；钨极(8)固定安装在壳体(3)的轴线处；等离子气(9)填充在钨极(8)的外壁与壳体(3)的内壁之间；冷却水(10)在双层壳体(3)的夹层中循环。
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