CN112719530A - 一种用于电弧增材制造的组合式气体保护装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于电弧增材制造的组合式气体保护装置及使用方法，包括中心单元及能与中心单元装配的装配单元；中心单元及包括下部敞口的罩体，罩体的周侧具有能与罩体内腔连通的通气口，装配单元包括下部敞口的壳体，壳体外周具有能与通气口连通的连通口；罩体与壳体的底部设有金属筛网；罩体的顶部具有贯穿金属筛网以供焊枪置入的通孔；罩体与壳体具有能够相互插接的配合结构；罩体及壳体的顶部具有通入气体的进气螺母，本保护装置通过中心单元和装配单元的组合能根据实际增材所需的范围来组装气体保护装置，以焊枪通过的中心单元为核心，根据需要组合不同个数的装配单元，克服了气体保护装置作用范围固定单一的缺点，同时提高保护气体的有效利用率。

Description

一种用于电弧增材制造的组合式气体保护装置及使用方法

技术领域

本发明涉及一种用于电弧增材制造的组合式气体保护装置及使用方法。

背景技术

电弧增材制造(wire and arc additive manufacture, WAAM) 是增材制造(additive manufacturing)的一种，该技术利用逐层熔覆原理，采用熔化极气体保护焊等焊接设备产生的电弧为热源，通过熔化焊丝，按照规划好的成形路径在固定在工作台的基板上逐层往上堆积，得到由全焊缝金属组成的三维实体零件。电弧增材制造具有设备简易、焊丝熔敷率高、生产周期较短、生产成本较低等诸多优点。

电弧增材制造并不需要严格封闭的环境，可以在开放环境中制造高性能的金属结构件。但是在增材过程中，熔池及热影响区在电弧高温度的作用下容易与空气发生氧化反应，生成难熔氧化物，这将严重影响焊缝成形质量。为了防止高温熔融金属与空气发生反应，降低焊缝成形质量，在增材过程中需要释放保护气体。焊枪通常自带局部气体保护，当焊枪移走之后，高温金属熔体还未完全冷却，仍会与空气发生氧化反应，为此需要在焊枪外部安装气体保护装置。目前市面上已有的用于电弧增材制造的气体保护装置结构固定，当需要增材较大工件时，保护面积不够，需要重新选择气体保护装置；增材较小工件时，保护面积过大，浪费保护气体。已有的气体保护装置虽都在一定程度上起到保护作用，但是无法调节保护范围，十分不方便。

发明内容

本发明对上述问题进行了改进，即本发明要解决的技术问题是现有的电弧增材制造的需要进行气体保护，无法根据工件的大小调节气体保护范围十分不便。

本发明的具体实施方案是：一种用于电弧增材制造的组合式气体保护装置，包括中心单元及能与中心单元装配的装配单元；所述中心单元及包括下部敞口的罩体，所述罩体的周侧具有能与罩体内腔连通的通气口；

所述装配单元包括下部敞口的壳体，壳体外周具有能与通气口连通的连通口；

所述罩体与壳体的底部设有金属筛网；

所述罩体的顶部具有贯穿金属筛网以供焊枪置入的通孔；

所述罩体与壳体具有能够相互插接的配合结构；

所述罩体及壳体的顶部具有通入气体的进气螺母。

进一步的，所述配合结构包括位于罩体或壳体外侧的凸块及插槽，所述罩体及壳体各个侧面底部延伸有底板，所述底板上固定有相向设置的L形固定壁，一对L形固定壁、底板及罩体或壳体的外表面形成插槽。

进一步的，所述罩体及壳体的外表面由顶向下部逐渐向外侧倾斜形成斜面，所述凸块固定于罩体或壳体上，凸块两侧具有能插入L形固定壁内的凸部。

进一步的，所述罩体与壳体呈矩状，所述罩体表面周侧具有四个插槽，所述壳体表面一侧为凸块，其余三个侧部具有插槽。

进一步的，所述插槽内插入有能用于封闭通气口或连通口的封闭块。

进一步的，相邻的壳体与罩体之间具有横跨壳体与罩体之间、封闭块顶部与壳体或罩体之间横跨固定有固定板，所述壳体、罩体及封闭块的顶部设置有锁紧固定板的螺栓。

进一步的，所述进气螺母上可拆连接有封堵进气螺母的密封塞，所述连通口与通气口等大等高设置，所述连通口与通气口的内侧具有圆形凹槽，所述圆形凹槽内嵌入有密封圈。

进一步的，所述金属筛网横向布设于罩体及壳体的底面。

进一步的，所述中心单元还固定有固定杆，所述固定杆的外侧端具有安装孔。

本发明还包括一种用于电弧增材制造的组合式气体保护装置的使用方法，利用如上所述的一种用于电弧增材制造的组合式气体保护装置，具体步骤如下：

（1）根据所需增材的尺寸要求计算选择相应的装配单元个数；

（2）通过中心单元上面板的通孔放置焊枪，通过中心单元与焊接机器人固定连接；

（3）利用插槽与凸块配合实现对中心单元及装配单元的固定，使装配单元的连通口与中心单元的通气口连通；

（4）所述通过中心单元及装配单元上表面的进气螺母进气，侧壁上的通孔实现保护气体在组合气体在中心单元及装配单元的腔体中流通；金属筛网可以起到缓冲和分散气体的作用，避免保护气体流量过大干扰电弧和熔池；

（5）若有未使用的连通口或通气口则使用封闭块封闭，未使用的进气螺母用密封塞封闭；

（6）在中心单元及装配单元顶部及封闭块与罩体及壳体之间顶部通过固定板连接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本保护装置通过中心单元和装配单元的组合能根据实际增材所需的范围来组装气体保护装置，以焊枪通过的中心单元为核心，根据需要组合不同个数的装配单元，克服了气体保护装置作用范围固定单一的缺点，同时提高保护气体的有效利用率。

附图说明

下面结合附图对本发明专利进一步说明；

图1为中心单元的结构示意图；

图2为装配单元的结构示意图；

图3为中心单元与装配单元的组合示意图；

图4为装配单元之间的组合示意图；

图中：10-中心单元；110-罩体；111-通孔；120-通气孔；230-圆形凹槽；20-装配单元；210-壳体；220-连通口；30-金属筛网；410进气螺母；411-密封塞；510-凸块；520-插槽，530-底板；540-L型固定壁；60-密封块；70-固定板；710-螺栓孔；720-螺栓80-固定杆。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

如图1～4所示，一种用于电弧增材制造的组合式气体保护装置，包括中心单元10及能与中心单元装配的装配单元20；所述中心单元及包括下部敞口的罩体110，所述罩体的周侧具有能与罩体内腔连通的通气口120；

所述装配单元包括下部敞口的壳体210，壳体外周具有能与通气口连通的连通口220；

所述罩体与壳体的底部设有金属筛网30；

所述罩体110的顶部具有贯穿金属筛网30以供焊枪置入的通孔111；

所述罩体与壳体具有能够相互插接的配合结构；

所述罩体及壳体的顶部具有通入气体的进气螺母410。

本实施例中，所述配合结构包括位于罩体或壳体外侧的凸块510及插槽520，所述罩体及壳体各个侧面底部延伸有底板530，所述底板530上固定有相向设置的L形固定壁540，一对L形固定壁、底板及罩体或壳体的外表面形成插槽。

本实施例中，所述罩体及壳体的外表面由顶向下部逐渐向外侧倾斜形成斜面112，所述凸块固定于罩体或壳体上，凸块两侧具有能插入L形固定壁内的凸部。

利用斜面能利用重力提高凸块510与插槽520配合的稳定性，本实施例中，所述罩体与壳体呈矩状，所述罩体表面周侧具有四个插槽520，所述壳体表面一侧为凸块510，其余三个侧部具有插槽。

本实施例中，所述凸块510与罩体或壳体表面为一体成型。

本实施例连接时，所述中心单元10四周与装配单元连接，各个装配单元10外周可以各连接一个装配单元20。

本实施例中，所述金属筛网横向布设于罩体及壳体的底面，所述连通口与通气口等大等高设置。

金属筛网可以将保护气体分散，一般金属筛网的高度位于连通口与通气口的下方，从而能够起到缓冲和分散气体的作用，避免保护气体流量过大干扰电弧和熔池。

本实施例中，所述的底板宽度为10cm，所述斜面与竖直的的平面呈5°夹角，连通口与通气口截面为圆形，其直径为10~20cm。

为了能够保证连通口或通气口在邻侧未连接装配单元时能够封闭，所述插槽520内插入有能用于封闭通气口或连通口的封闭块60。

所述封闭块60纵向截面与L形固定壁540的内侧截面相符，从而能够保证与罩体及壳体的侧部贴合，放置气体外泄。

相邻的壳体与罩体之间具有横跨壳体与罩体之间、封闭块顶部与壳体或罩体之间横跨固定有固定板70，所述壳体、罩体及封闭块的顶部设置有锁紧固定板70的螺栓710，螺栓通过壳体、罩体及封闭块顶部的螺栓孔720固定。

实施例二，为了提高密封性，所述进气螺母上可拆连接有封堵进气螺母的密封塞411，所述连通口与通气口的内侧具有圆形凹槽230，所述圆形凹槽内嵌入有密封圈。

本实施例中，所述中心单元还固定有固定杆80，所述固定杆的外侧端具有安装孔，从而方便与与焊接机器人固定连接。

固定杆80用于与焊接机器人或焊接机械手固定连接，从而随着焊枪的移动而整体移动。

利用上述一种用于电弧增材制造的组合式气体保护装置其具体的使用方法步骤如下：

（1）根据所需增材的尺寸要求计算选择相应的装配单元个数；

（2）通过中心单元上面板的通孔放置焊枪，通过中心单元与焊接机器人固定连接；

（3）利用插槽与凸块配合实现对中心单元及装配单元的固定，使装配单元的连通口与中心单元的通气口连通；

（4）罩体及壳体的侧壁上的圆形凹槽安装密封圈，在将装配单元沿斜面的重力预先固定好连接，再用固定板及螺栓锁住对应的相邻构件的顶部；

（5）所述通过中心单元及装配单元上表面的进气螺母进气，侧壁上的通孔实现保护气体在组合气体在中心单元及装配单元的腔体中流通；金属筛网可以起到缓冲和分散气体的作用，避免保护气体流量过大干扰电弧和熔池；

（6）若有未使用的连通口或通气口则使用封闭块封闭，未使用的进气螺母用密封塞封闭；

（7）在中心单元及装配单元顶部及封闭块与罩体及壳体之间顶部通过固定板连接。

上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。

如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。

同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接( 例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构( 例如使用铸造工艺一体成形制造出来) 所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。

本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种用于电弧增材制造的组合式气体保护装置，其特征在于，包括中心单元及能与中心单元装配的装配单元；所述中心单元及包括下部敞口的罩体，所述罩体的周侧具有能与罩体内腔连通的通气口；

所述装配单元包括下部敞口的壳体，壳体外周具有能与通气口连通的连通口；

所述罩体与壳体的底部设有金属筛网；

所述罩体的顶部具有贯穿金属筛网以供焊枪置入的通孔；

所述罩体与壳体具有能够相互插接的配合结构；

所述罩体及壳体的顶部具有通入气体的进气螺母。

2.根据权利要求1所述的一种用于电弧增材制造的组合式气体保护装置，其特征在于，所述配合结构包括位于罩体或壳体外侧的凸块及插槽，所述罩体及壳体各个侧面底部延伸有底板，所述底板上固定有相向设置的L形固定壁，一对L形固定壁、底板及罩体或壳体的外表面形成插槽。

3.根据权利要求2所述的一种用于电弧增材制造的组合式气体保护装置，其特征在于，所述罩体及壳体的外表面由顶向下部逐渐向外侧倾斜形成斜面，所述凸块固定于罩体或壳体上，凸块两侧具有能插入L形固定壁内的凸部。

4.根据权利要求2或3所述的一种用于电弧增材制造的组合式气体保护装置，其特征在于，所述罩体与壳体呈矩状，所述罩体表面周侧具有四个插槽，所述壳体表面一侧为凸块，其余三个侧部具有插槽。

5.根据权利要求2或3所述的一种用于电弧增材制造的组合式气体保护装置，其特征在于，所述插槽内插入有能用于封闭通气口或连通口的封闭块。

6.根据权利要求5所述的一种用于电弧增材制造的组合式气体保护装置，其特征在于，相邻的壳体与罩体之间具有横跨壳体与罩体之间、封闭块顶部与壳体或罩体之间横跨固定有固定板，所述壳体、罩体及封闭块的顶部设置有锁紧固定板的螺栓。

7.根据权利要求1、2或3所述的一种用于电弧增材制造的组合式气体保护装置，其特征在于，所述进气螺母上可拆连接有封堵进气螺母的密封塞，所述连通口与通气口等大等高设置，所述连通口与通气口的内侧具有圆形凹槽，所述圆形凹槽内嵌入有密封圈。

8.根据权利要求1、2或3所述的一种用于电弧增材制造的组合式气体保护装置，其特征在于，所述金属筛网横向布设于罩体及壳体的底面。

9.根据权利要求1、2或3所述的一种用于电弧增材制造的组合式气体保护装置，其特征在于，所述中心单元还固定有固定杆，所述固定杆的外侧端具有安装孔。

10.一种用于电弧增材制造的组合式气体保护装置的使用方法，其特征在于，利用如权利要求6所述的一种用于电弧增材制造的组合式气体保护装置，具体步骤如下：

（1）根据所需增材的尺寸要求计算选择相应的装配单元个数；

（2）通过中心单元上面板的通孔放置焊枪，通过中心单元与焊接机器人固定连接；

（3）利用插槽与凸块配合实现对中心单元及装配单元的固定，使装配单元的连通口与中心单元的通气口连通；

（4）所述通过中心单元及装配单元上表面的进气螺母进气，侧壁上的通孔实现保护气体在组合气体在中心单元及装配单元的腔体中流通；金属筛网可以起到缓冲和分散气体的作用，避免保护气体流量过大干扰电弧和熔池；

（5）若有未使用的连通口或通气口则使用封闭块封闭，未使用的进气螺母用密封塞封闭；

（6）在中心单元及装配单元顶部及封闭块与罩体及壳体之间顶部通过固定板连接。

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