CN110434426A - 一种钛合金电弧熔丝增材制造的气体保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钛合金电弧熔丝增材制造的气体保护装置，包括悬挂架、上夹板、保护罩、打印台、螺丝、下夹板、焊枪、出气阀、恒压控制器、红外测温仪、氧含量检测仪、进气管，本发明结构简单，易于操作和更换，对氧含量控制准确、安全，能够实现钛合金电弧增材制造过程中氧含量的适时检测，实现连续控制，提高钛合金的打印质量，保证整个打印过程压力稳定，满足焊枪在保护罩有限空间的三维自由移动，提高打印效率的同时确保设备长期连续的运行，确保钛合金结构件打印过程的有效堆积，提高打印焊接质量。

Description

一种钛合金电弧熔丝增材制造的气体保护装置

技术领域

本发明涉及钛合金制造设备技术领域，尤其涉及一种钛合金电弧熔丝增材制造的气体保护装置。

背景技术

增材制造技术已经成为未来快速制造行业发展的重点技术之一，特别是在高附加值的航空、航天、军事等领域增材制造已经成为首选技术而用于复杂结构与高附加值构件的快速制造。其中采用增材制造技术快速生产大型钛合金结构件的应用越来越多。而钛合金打印过程需要惰性气体保护以减少钛合金的氧化烧失，从而保证钛合金成分精确性与性能稳定性。而电弧熔丝增材制造技术是实现大型钛合金结构件快速、低成本制造的最为有效方式，但是目前电弧熔丝增材制造钛合金构件时，都是将整个打印机构置于柔性保护罩内，造成保护罩空间巨大，且排氧过程时间过长，造成惰性气体浪费严重。另外，由于保护罩空间巨大，也导致操作过程更加复杂且出现问题概率也大大增加。

中国专利CN106862736A公开来一种固定于焊枪的钛合金堆焊气体保护罩，其由底座、固定横梁和前盖组成，底座和前盖中有嵌合的两个气路回路，保护气体从两回路对称扇形中吹出，形成气体保护膜覆盖整个焊道，可明显提高钛合金堆焊质量。该专利没有采用整体包裹打印空间(前面所提的保护方法)而使结构比较简单，从而操作简单，但是其气体保护方式任然是通过保护气流阻隔打印焊接区域有害气体(氧气、氮气等)，该方法与中国专利CN102909465A一样不能完全隔离外界空气，特别是在高品质钛合金堆焊时要求焊接气氛中有害气体含量在百万分之一百以内从而保证堆焊体质量，这种吹起阻隔方法是不适用的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钛合金电弧熔丝增材制造的气体保护装置，其具有结构简单、安装便捷等优点，且能够实现保护罩内保护气体压力自动控制，保证整个打印过程压力稳定，保护气体纯度不变，同时能够确保打印系统高效、稳定、自由地运行，从而提高铁合金打印部件焊接质量的特点。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

一种钛合金电弧熔丝增材制造的气体保护装置，包括悬挂架，所述悬挂架底端连接有上夹板，所述上夹板下端连接有保护罩，所述保护罩下端设有打印台，所述上夹板通过上锁紧机构与悬挂架下端紧扣，所述保护罩上端边缘置于上夹板中，并用螺丝锁紧密封，所述保护罩下端边缘设有下夹板，下夹板通过螺丝与保护罩锁紧密封，所述下夹板通过下锁紧机构与打印台表面紧扣，所述悬挂架下部内设有焊枪、出气阀、恒压控制器、红外测温仪、氧含量检测仪，所述下夹板的侧面开设有进气管。

进一步优选的，所述保护罩侧面开口并安装可视窗口，所述悬挂架与上夹板之间以及打印台与下夹板之间分别设有上密封环和下密封环。

进一步优选的，所述悬挂架下表面为合金板，合金板上开焊接口、出气阀口、恒压控制器口、红外测温仪口、氧含量检测仪口，所述焊枪、出气阀、恒压控制器、红外测温仪、氧含量检测仪对应设于开焊接口、出气阀口、恒压控制器口、红外测温仪口、氧含量检测仪口内，其中焊接口和红外测温仪口需在对角线上，他们的法向交点应在打印台中心线上并与打印焊接点重合。

进一步优选的，所述上夹板的上板的侧面开有上半圆形沟槽，上半圆形沟槽直径为4-6mm，其中心位置离上夹板边的距离在10-20mm之间，上半圆形沟槽内部填塞相应直径上密封环。

进一步优选的，所述下夹板的下板的侧面开有下半圆形沟槽，下半圆形沟槽直径为4-6mm，其中心位置离下夹板边的距离在10-20mm之间，下半圆形沟槽内部填塞相应直径下密封环。

进一步优选的，所述下夹板的上板的侧面开有进气孔，所述进气孔安装带有下锁紧机构接头的进气管。

进一步优选的，所述合金板的焊接口装有硅橡胶布，硅橡胶布留有圆孔，圆孔直径比焊枪直接小。

进一步优选的，所述恒压控制器的压力控制范围在0.1MPa-0.14MPa，所述红外测温仪为非接触式红外测温仪，非接触式红外测温仪的测温范围100-800℃，氧含量检测仪为笔试氧测量仪，其氧含量测量范围0-1000ppm。

进一步优选的，所述合金板上还开设有用于安装摄像头的摄像头口。

进一步优选的，所述保护罩由柔性阻燃材料组成，柔性阻燃材料包括阻燃橡胶布、硅橡胶防火布，所述可视窗口由有机玻璃、透明有机柔性胶布、硅橡胶防火布制成。

本发明有益效果：1、本发明提出的用于钛合金电弧熔丝增材制造的气体保护装置，对钛合金电弧熔丝增材制造过程氧含量的检测、层间温度检测控制、打印空间恒压控制等进行一体化设计，多种功能得到实现；2、装置结构简单，易于操作和更换，对氧含量控制准确、安全，能够实现钛合金电弧增材制造过程中氧含量的适时检测，实现连续控制，提高钛合金电弧增材制造的打印质量；3、本发明同时考虑到对保护气体压力的自动控制，保证整个打印过程压力稳定，保护气体纯度不变，满足焊枪在保护罩有限空间的三维自由移动，提高打印效率的同时确保设备长期连续的运行；4、本发明也考虑到对打印件打印层温度的检测，确保钛合金结构件打印过程的有效堆积，提高打印焊接质量。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明上部分的结构示意图。

图3是本发明中合金板的结构示意图。

附图标记

1、悬挂架，2、上夹板，3、保护罩，4、打印台，5、上锁紧机构，

6、螺丝，7、下夹板，8、焊枪，9、出气阀，10、恒压控制器，

11、红外测温仪，12、氧含量检测仪，13、进气管，14、可视窗口，

15、上密封环，16、下密封环，17、合金板，18、焊接口，19、出气阀口，

20、恒压控制器口，21、红外测温仪口，22、氧含量检测仪口，

23、下锁紧机构。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1至图3所示，一种钛合金电弧熔丝增材制造的气体保护装置，包括悬挂架1，所述悬挂架1底端连接有上夹板2，所述上夹板2下端连接有保护罩3，所述保护罩3下端设有打印台4，所述上夹板2通过上锁紧机构5与悬挂架1下端紧扣，所述保护罩3上端边缘置于上夹板2中，并用螺丝6锁紧密封，所述保护罩3下端边缘设有下夹板7，下夹板7通过螺丝6与保护罩3锁紧密封，所述下夹板7通过下锁紧机构23与打印台4表面紧扣，所述悬挂架1下部内设有焊枪8、出气阀9、恒压控制器10、红外测温仪11、氧含量检测仪12，所述出气阀9与外界抽气系统相连，出气阀9出气量与进气管13进气流量接近，有利于保持保护罩3空间气体充盈，进而保证焊枪8在保护罩3内自由移动、打印，所述下夹板7的侧面开设有进气管13，所述保护罩3侧面开口并安装可视窗口14，所述悬挂架1与上夹板2之间以及打印台4与下夹板7之间分别设有上密封环15和下密封环16，这样连接使本发明形成一个密闭的打印空间。所述的保护罩3侧面开口并安装可视窗口14，可视窗口14可适时观察打印过程中的打印状况和打印部件尺寸偏差，并根据适时结果及时调整钛合金打印工艺，确保打印质量。

本实施例中，所述悬挂架1下表面为合金板17，合金板17上开焊接口18、出气阀口19、恒压控制器口20、红外测温仪口21、氧含量检测仪口22(可根据所需装置多少增减开口数量)，所述焊枪8、出气阀9、恒压控制器10、红外测温仪11、氧含量检测仪12对应设于开焊接口18、出气阀口19、恒压控制器口20、红外测温仪口21、氧含量检测仪口22内，其中焊接口18和红外测温仪口21需在对角线上，他们的法向交点应在打印台4中心线上并与打印焊接点重合，其他接口位置应根据实施情况而定，确保实现功能同时保证安置调试的便捷，所述合金板17上还开设有用于安装摄像头的摄像头口，所有安装口都进行密封处理确保打印空间的密封性，密封剂可以根据具体的使用环境用密封片(橡胶片、硅胶片、海绵片等)代替。

本实施例中，所述上夹板2的上板的侧面开有上半圆形沟槽，上半圆形沟槽直径为4-6mm，其中心位置离上夹板2边的距离在10-20mm之间，上半圆形沟槽内部填塞相应直径上密封环15，在上锁紧机构5的压力下实现上夹板2与悬架的密封。

本实施例中，所述下夹板7的下板的侧面开有下半圆形沟槽，下半圆形沟槽直径为4-6mm，其中心位置离下夹板7边的距离在10-20mm之间，下半圆形沟槽内部填塞相应直径下密封环16，在下锁紧机构23的压力下实现下夹板7与打印台4的密封。

本实施例中，所述下夹板7的上板的侧面开有进气孔，所述进气孔安装带有下锁紧机构23接头的进气管13，用于对密封空间充保护气体。

本实施例中，所述合金板17的焊接口18装有硅橡胶布，硅橡胶布留有圆孔，圆孔直径比焊枪8直接小，安装焊枪8时焊枪8直接穿过圆孔，硅橡胶布拉紧密封焊枪8，进而确保打印空间的密封性。

本实施例中，所述恒压控制器10的压力控制范围在0.1MPa-0.14MPa，控制保护罩3里的压力稍微高于外界大气压，当焊枪8焊接向下移动时保护罩3里的压力高于最大值时会瞬间开启释放内部保护气体，使压力快速回到正常范围值以防保护罩3破裂，确保打印空间的安全性，所述红外测温仪11为非接触式红外测温仪11，非接触式红外测温仪11的测温范围100-800℃，有连续检测和非连续检测方式，有连续检测检测方式用于焊接点的校准，非连续检测方式是用于打印过程检测，进而保证钛合金打印过程的层间温度控制，氧含量检测仪12为笔试氧测量仪，其氧含量测量范围0-1000ppm，氧含量检测仪口22装有硅橡胶布，硅橡胶布留有圆孔，安装测量笔直接穿过圆孔，硅橡胶布拉紧密封测量笔，可适时检测打印空间氧气含量，确保打印质量。

本实施例中，所述保护罩3由柔性阻燃材料组成，柔性阻燃材料包括阻燃橡胶布、硅橡胶防火布，所述可视窗口14由有机玻璃、透明有机柔性胶布、硅橡胶防火布制成。

为实现钛合金打印目的，首先将铝合金悬挂架1固定到焊枪8基座上，再将圆台型保护罩3上端边缘通过上夹板2固定住悬挂架1底面上，具体过程如下：先将保护罩3上边缘置于上夹板2的上下板中间，并用螺丝6锁紧密封，由上锁紧机构5将上夹板2紧扣在悬挂架1下表面上。同理将保护罩3下端边缘置于下夹板7中，也用螺丝6锁紧密封，由下锁紧机构23将下夹板7紧扣打印台4表面上。通过上述连接进而形成一个密闭的打印空间，即形成保护罩3。随后在保护罩3侧面开口并安装有机玻璃(透明硅橡胶布)可视窗口14，通过可视窗口14适时观察打印过程中的打印状况和打印部件尺寸偏差。随后在悬挂架1下表面的铝合金板17，铝合金板17上开焊接口18、出气阀口19、恒压控制器口20、红外测温仪口21、氧含量检测仪口22、摄像头口等接口，并安装焊枪8、出气阀9、恒压控制器10、非接触式红外测温仪11以及氧含量检测仪12。其中焊接口18和红外测温仪口21需在铝合金底板的对角线上，它们的法向交点应在打印台4中心线上并与打印焊接点重合，其他接口位置应根据实施情况而定，确保实现功能同时保证安置调试的便捷。随后在铝合金上夹板2上板的上表面和下夹板7下板的下表面开设有半圆形沟槽，半圆形沟槽直径为4-6mm，其中心位置离夹板边的距离在10-20mm之间，半圆形沟槽内部填塞相应直径的密封环，在上锁紧机构5的压力下实现上夹板2与悬架的密封。同时在下夹板7下板的侧面开保护气体进气孔，并安装带有自动下锁紧快速接头的进气管13，用于对密封空间充保护气体。最后在焊枪8口装硅橡胶布，硅橡胶布留有圆孔，圆孔直径比焊枪8直接小，安装焊枪8时焊枪8直接穿过圆孔，硅橡胶布拉紧密封焊枪8，进而确保打印空间的密封性。

打印时出气阀9与外界抽气系统相连，出气阀9出气量与进气管13进气流量接近，有利于保持保护罩3空间气体充盈，进而保证焊枪8在保护罩3内自由移动、打印。恒压控制器10的压力控制范围在0.1MPa-0.14MPa之间，控制保护罩3里的压力稍微高于外界大气压，当焊枪8焊接向下移动时保护罩3里的压力高于最大值时会瞬间开启释放内部保护气体，使压力快速回到正常范围值以防保护罩3破裂，确保打印空间的安全性。非接触式红外测温仪11的测温值设定在300℃，测温间隔设为0.5-5s范围内，高于该温度，焊枪8禁止启动，进而进行层间温度的控制。氧含量检测仪12的测量值设定在100ppm，检测间隔设置1-10s范围内，高于设定值时禁止焊枪8系统启动。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种钛合金电弧熔丝增材制造的气体保护装置，其特征在于：包括悬挂架，所述悬挂架底端连接有上夹板，所述上夹板下端连接有保护罩，所述保护罩下端设有打印台，所述上夹板通过上锁紧机构与悬挂架下端紧扣，所述保护罩上端边缘置于上夹板中，并用螺丝锁紧密封，所述保护罩下端边缘设有下夹板，下夹板通过螺丝与保护罩锁紧密封，所述下夹板通过下锁紧机构与打印台表面紧扣，所述悬挂架下部内设有焊枪、出气阀、恒压控制器、红外测温仪、氧含量检测仪，所述下夹板的侧面开设有进气管。

2.根据权利要求1所述的一种钛合金电弧熔丝增材制造的气体保护装置，其特征在于：所述保护罩侧面开口并安装可视窗口，所述悬挂架与上夹板之间以及打印台与下夹板之间分别设有上密封环和下密封环。

3.根据权利要求1所述的一种钛合金电弧熔丝增材制造的气体保护装置，其特征在于：所述悬挂架下表面为合金板，合金板上开焊接口、出气阀口、恒压控制器口、红外测温仪口、氧含量检测仪口，所述焊枪、出气阀、恒压控制器、红外测温仪、氧含量检测仪对应设于开焊接口、出气阀口、恒压控制器口、红外测温仪口、氧含量检测仪口内，其中焊接口和红外测温仪口需在对角线上，他们的法向交点应在打印台中心线上并与打印焊接点重合。

4.根据权利要求1所述的一种钛合金电弧熔丝增材制造的气体保护装置，其特征在于：所述上夹板的上板的侧面开有上半圆形沟槽，上半圆形沟槽直径为4-6mm，其中心位置离上夹板边的距离在10-20mm之间，上半圆形沟槽内部填塞相应直径上密封环。

5.根据权利要求1所述的一种钛合金电弧熔丝增材制造的气体保护装置，其特征在于：所述下夹板的下板的侧面开有下半圆形沟槽，下半圆形沟槽直径为4-6mm，其中心位置离下夹板边的距离在10-20mm之间，下半圆形沟槽内部填塞相应直径下密封环。

6.根据权利要求1所述的一种钛合金电弧熔丝增材制造的气体保护装置，其特征在于：所述下夹板的上板的侧面开有进气孔，所述进气孔安装带有下锁紧机构接头的进气管。

7.根据权利要求3所述的一种钛合金电弧熔丝增材制造的气体保护装置，其特征在于：所述合金板的焊接口装有硅橡胶布，硅橡胶布留有圆孔，圆孔直径比焊枪直接小。

8.根据权利要求1所述的一种钛合金电弧熔丝增材制造的气体保护装置，其特征在于：所述恒压控制器的压力控制范围在0.1MPa-0.14MPa，所述红外测温仪为非接触式红外测温仪，非接触式红外测温仪的测温范围100-800℃，氧含量检测仪为笔试氧测量仪，其氧含量测量范围0-1000ppm。

9.根据权利要求3所述的一种钛合金电弧熔丝增材制造的气体保护装置，其特征在于：所述合金板上还开设有用于安装摄像头的摄像头口。

10.根据权利要求2所述的一种钛合金电弧熔丝增材制造的气体保护装置，其特征在于：所述保护罩由柔性阻燃材料组成，柔性阻燃材料包括阻燃橡胶布、硅橡胶防火布，所述可视窗口由有机玻璃、透明有机柔性胶布、硅橡胶防火布制成。