CN110883410A - 一种电弧增材惰性气体保护装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电弧增材惰性气体保护装置，包括：固定在焊枪上随焊枪一起运动的保护罩，保护罩中部水平设有供惰性气体在保护罩内均匀分布的出气管，出气管上端连接有供惰性气体进入出气管的第一进气管，第一进气管与压力气源连接，出气管下方水平设有用于惰性气体均匀排气的排气面，排气面固定在保护罩下面，排气面上均匀分布有多个排气孔，形成增材件上方的出气面，此部分气体慢速流出；保护罩四周外表面铰接有可调节倾斜角度的气幕板，气幕板下端设有供惰性气体排出的小孔或气槽，气幕板通过第二进气管与压力气源连接，焊枪移动的惰性气体保护装置，此部分气体以一定的压力快速喷出，在处于高温区的增材件四周形成气幕，实现动态隔离外界空气。

Description

一种电弧增材惰性气体保护装置及方法
技术领域
本发明涉及增材制造技术领域，特别是涉及一种电弧增材惰性气体保护装置及方法。
背景技术
电弧增材制造技术是一种利用逐层熔覆原理，采用电弧作为热源，将添加的金属丝材熔化，根据三维数字模型在程序的控制下，按设定成形路径在基板上堆积，由线-面-体逐渐成形出金属零件的先进数字化制造技术。成形零件由全焊缝金属组成，增材过程不受成形箱的限制，成形效率高，具有加工周期短，柔性好、成本低等特点。
与铸造、锻造工艺相比，它无需模具，整体制造周期短，柔性化程度高，能够实现数字化、智能化和并行化制造，对设计的响应快，特别适合于小批量、多品种产品的制造。电弧增材制造技术比铸造技术制造材料的显微组织及力学性能优异；比锻造技术产品节约原材料，尤其是贵重金属材料。
电弧增材技术的优势之一就是，不在真空腔或氩气箱中进行，使电弧增材过程不受尺寸限制可以成形更大的零件。由于在增材制造过程中，构件温度比焊接时整体高，对钛合金零件来说，由于高温(一般为400℃)下极易吸氢吸氧，影响性能。若放入惰性气体保护箱内则同样会限制可成形零件尺寸、增加了成本，削弱了电弧增材的优势。
发明内容
本发明实施例提供了一种电弧增材惰性气体保护装置及方法，通过设计随焊枪移动的惰性气体保护装置，形成具有一定正压的惰性动态空腔，实现高温区动态隔离外界空气，使电弧增材过程不在惰性气体保护箱内实现氧化防护。
第一方面，本发明的实施例提出了一种电弧增材惰性气体保护装置，包括：固定在焊枪上随焊枪一起运动的保护罩，保护罩中部水平设有供惰性气体在保护罩内均匀分布的出气管，出气管上端连接有供惰性气体进入出气管的第一进气管，第一进气管与压力气源连接，出气管外表面均匀分布有多个出气孔，出气管下方水平设有用于惰性气体均匀排气的排气面，排气面固定在保护罩内壁面，排气面上均匀分布有多个排气孔，形成增材件上方的出气面，此部分气体慢速流出；所述保护罩四周外表面铰接有可调节倾斜角度的气幕板，气幕板下端设有供惰性气体排出的小孔或气槽，气幕板通过第二进气管与压力气源连接，此部分气体以一定的压力快速喷出，在处于高温区的增材件四周形成气幕，实现动态隔离外界空气。
进一步地，保护罩的形状为矩形或环形。
进一步地，保护罩的长度与增材件温度相匹配。
进一步地，环形保护罩的长度占环形总周长的80％。
进一步地，小孔直径为0.5mm-1mm或气槽的宽度为0.2mm-6mm。
进一步地，气幕板下端小孔之间的等间距分布，小孔之间的间距为1mm-3mm。
进一步地，排气面为金属丝网或蜂窝状金属网。
进一步地，气幕板调节的倾斜角度在正负10°之间。
第二方面，本发明的实施例提出了一种电弧增材惰性气体保护方法，采用第一方面所述的保护装置，所述方法包括：
步骤1：增材第一层时，接通第一进气管，关闭第二进气管使气幕板处于关闭状态，仅通过排气面排出的惰性气体保护增材焊道；
步骤2：当增材零件进行第二或三层增材时，接通第二进气管，使气幕板排出惰性气体形成气幕，此时气幕板向保护罩的外侧倾斜，使电弧不受气幕高压气流的影响，且使保护装置排气面的下表面、气幕、基板上表面和增材零件外壁形成形状为正梯形的惰性气体空腔；
步骤3：按照步骤2中操作，随着保护罩距离基板越来越高，气幕板逐渐向内侧倾斜，所述的惰性气体空腔从正梯形逐渐过渡为长方形、倒梯形，惰性气体空腔的惰性气体容量不变，当增材零件高度达到预设高度时，气幕直接吹气到增材零件上，惰性气体空腔的形状变为三角形，此时气幕板角度不再改变。
进一步地，预设高度和惰性气体空腔面积与增材零件尺寸、保护罩宽度相适配。
综上，本发明通过设计随焊枪移动的惰性气体保护装置，在惰性气体保护罩四周设计气幕板，并通过内外压差，实现区域隔离，防止高温区域被氧化，实现惰性气体保护，气幕流量和角度可调整，适用于不同增材层高时使用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的一种电弧增材惰性气体保护装置侧面结构示意图；
图2是本发明中当保护罩位于步骤二时的正面使用状态图；
图3是本发明中当保护罩距离基板较远时的正面使用状态图；
图4是多深筋构件示意图；
图5是环形构件图；
图中：
1-保护罩；2-焊枪；3-第一进气管；4-第二进气管；5-出气管；6-气幕板；7-排气面；8-基板；9-增材零件；10-填料；11-气幕。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。
图1是本发明实施例的一种电弧增材惰性气体保护装置，包括：固定在焊枪2上随焊枪2一起运动的保护罩1，保护罩1中部水平设有供惰性气体在保护罩内均匀分布的出气管5，出气管5上端连接有供惰性气体进入出气管5的第一进气管3，第一进气管3与压力气源连接，出气管5外表面均匀分布有多个出气孔，出气管5下方水平设有用于惰性气体均匀排气的排气面7，排气面7固定在保护罩1下方，排气面7上均匀分布有多个排气孔，本实施例中的排气面7为金属丝网或蜂窝状金属网，此部分惰性气体慢速流出，使惰性气体均匀从保护罩向下喷出；所述保护罩1四周外表面铰接有可调节倾斜角度的气幕板6，气幕板6下端设有供惰性气体排出的小孔或气槽，气幕板6通过第二进气管4与压力气源连接，此部分惰性气体以一定的压力快速喷出，实现动态隔离外界空气，本实施例中的压力气源为压缩氩气。
防护罩的形状可根据增材零件9的形状相互适配，本实施例中的保护罩1的形状为矩形或环形。
保护罩1的长度根据不同工件加工工艺参数由操作人员做适应性调整，保护罩的长度与增材件温度相匹配，本申请对保护罩1的长度不做具体限定，只要能够惰性气体保护以外的区域温度低于400℃即可，例如当保护罩1为环形保护罩1时，环形保护罩1的长度占环形总周长的80％。
作为本发明的一具体实施例，小孔直径为0.5mm-1mm或气槽的宽度为0.2mm-6mm。
作为本发明的一具体实施例，气幕板6下端小孔之间的等间距分布，小孔之间的间距为1mm-3mm。
为了使增材加工区域始终受到惰性气体的保护，气幕板6调节的倾斜角度在正负10°之间，通过调节气幕板6的倾斜角度，可以使气幕喷出的高速气流不影响电弧正常工作，也可以保持形成的惰性动态空腔的容积大小基本稳定。
第二方面，提供了一种电弧增材惰性气体保护方法，采用第一方面所述的保护装置，所述方法包括：
步骤1：当增材第一层时，接通第一进气管3，关闭第二进气管4使气幕板6处于关闭状态，填料10通过保护罩1侧边进入加工区域，增材加工在基板8上进行；
步骤2：当增材零件9进行第二或三层增材时，接通第二进气管4，使气幕板6排出惰性气体形成气幕11，此时气幕板6向保护罩1的外侧倾斜，使电弧不受气幕11高压气流的影响，且使保护装置排气面7的下表面、气幕11、基板8上表面和增材零件9外壁形成形状为正梯形的惰性气体空腔；
步骤3：按照步骤2中操作，随着保护罩1距离基板8越来越高，气幕板6逐渐向内侧倾斜，气幕板6角度的调节通过人工进行调节，增大惰性气体排出压力，所所述的惰性气体空腔从正梯形逐渐过渡为长方形、倒梯形，惰性气体空腔的惰性气体容量不变，当增材零件9高度达到预设高度时，气幕11直接吹气到增材零件9上，惰性气体空腔的形状变为三角形，此时气幕板6角度不再改变。
作为本发明的一具体实施例，预设高度和三角区域面积与增材零件9尺寸、保护罩1宽度相适配。
实施例1：当增材零件9为方形多深筋型构件，多深筋型构件的外形尺寸为300mm×200mm×100mm，本实施例中的保护罩1为为矩形，保护罩1宽40mm，长200mm，出气管5中氩气流量为15L/min，氩气压力0.05～0.3MPa，气幕板6的小孔直径0.5-1mm，小孔之间的间距为1-2mm。
实施例2：当增材零件9为环形构件，环形构件直径为500mm，本实施例中的保护罩1为为环形，保护罩1宽30mm，保护罩1长占环形周长的80％，出气管5中氩气流量15L/min，氩气压力0.05～0.6MPa，气幕板6的气幕小孔直径为1mm，小孔之间的间距1-3mm。
需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于方法的实施例而言，相关之处可参见设备实施例的部分说明。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种电弧增材惰性气体保护装置，其特征在于，包括：固定在焊枪上随焊枪一起运动的保护罩，保护罩中部水平设有供惰性气体在保护罩内均匀分布的出气管，出气管上端连接有供惰性气体进入出气管的第一进气管，第一进气管与压力气源连接，出气管外表面均匀分布有多个出气孔，出气管下方水平设有用于惰性气体均匀排气的排气面，排气面固定在保护罩下方，排气面上均匀分布有多个排气孔；所述保护罩四周外表面铰接有可调节倾斜角度的气幕板，气幕板下端设有供惰性气体排出的小孔或气槽，气幕板通过第二进气管与压力气源连接。
2.根据权利要求1所述的一种电弧增材惰性气体保护装置，其特征在于，所述保护罩的形状为矩形或环形。
3.根据权利要求1所述的一种电弧增材惰性气体保护装置，其特征在于，所述保护罩的长度与增材件温度相匹配。
4.根据权利要求3所述的一种电弧增材惰性气体保护装置，其特征在于，所述环形保护罩的长度占环形总周长的80％。
5.根据权利要求1所述的一种电弧增材惰性气体保护装置，其特征在于，所述小孔直径为0.5mm-1mm或气槽的宽度为0.2mm-6mm。
6.根据权利要求1所述的一种电弧增材惰性气体保护装置，其特征在于，所述气幕板下端小孔之间的等间距分布，小孔之间的间距为1mm-3mm。
7.根据权利要求1所述的一种电弧增材惰性气体保护装置，其特征在于，所述排气面为金属丝网或蜂窝状金属网。
8.根据权利要求1所述的一种电弧增材惰性气体保护装置，其特征在于，所述气幕板调节的倾斜角度在正负10°之间。
9.一种电弧增材惰性气体保护方法，其特征在于，采用如权利要求1-8任一项所述的保护装置，所述方法包括：
步骤1：增材第一层时，接通第一进气管，关闭第二进气管使气幕板处于关闭状态，仅通过排气面排出的惰性气体保护增材焊道；
步骤2：当增材零件进行第二或三层增材时，接通第二进气管，使气幕板排出惰性气体形成气幕，此时气幕板向保护罩的外侧倾斜，使电弧不受气幕高压气流的影响，且使保护装置排气面的下表面、气幕、基板上表面和增材零件外壁形成形状为正梯形的惰性气体空腔；
步骤3：按照步骤2中操作，随着保护罩距离基板越来越高，气幕板逐渐向内侧倾斜，所述的惰性气体空腔从正梯形逐渐过渡为长方形、倒梯形，惰性气体空腔的惰性气体容量不变，当增材零件高度达到预设高度时，气幕直接吹气到增材零件上，惰性气体空腔的形状变为三角形，此时气幕板角度不再改变。
10.根据权利要求9所述的一种电弧增材惰性气体保护方法，其特征在于，所述预设高度和惰性气体空腔面积与增材零件尺寸、保护罩宽度相适配。
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