CN113351887B - 一种能够使焊丝与粉料同步送入的送粉头和3d打印装置 - Google Patents

一种能够使焊丝与粉料同步送入的送粉头和3d打印装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种能够使焊丝与粉料同步送入的送粉头，送粉头中穿设有焊丝，焊丝一端伸出送粉头的出料端，送粉头的出料端设置有送粉孔，送粉头上通过进气口连接有保护气的气源，气源中的保护气能够将送粉头中的粉料通过送粉孔吹出，从送粉孔吹出的粉料以与焊丝的轴向平行的方向运动的同时还以焊丝为轴进行周向运动。本发明还提供一种能够使焊丝与粉料同步送入的3D打印装置，包括激光发射器和上述的能够使焊丝与粉料同步送入的送粉头，能够使焊丝与粉料同步送入的送粉头通过机架与激光发射器固连，激光发射器由机器人的机械臂夹持。本发明实现了焊丝与粉料的同步送入，并能够保证粉料与焊丝熔化形成的熔滴均匀混合。

Description

一种能够使焊丝与粉料同步送入的送粉头和3D打印装置
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，特别是涉及一种能够使焊丝与粉料同步送入的送粉头和3D打印装置。
背景技术
目前，海工装备构件的水下部分一旦发生碰撞，导致开裂或凹陷后，修复工艺非常复杂，大部分构件必须采用返坞维修的方式进行修复，否则显著影响使用性能。如果能够在浅水区域对构件的水下部分进行实时维修，则大大增加了维修效率的同时，对于装备的在役时间提升是一个重大利好。
毫无疑问，海工装备构件所采用的材质都是综合性能优良的材料，尤其是某些深潜器甚至采用钛合金作为外壳。而水下修复环境较为恶劣，以钢材为例，对于水下钢材裂纹修复过程中的二次开裂问题，业界缺乏可靠抑制方法。如果采用性能与母材相同的材料，则往往修复后性能不足。因此，越来越多的研究人员采用金属基复合材料修复海工装备的外部缺陷。
水下金属基复合材料修复的难度极高，主要是丝、粉、板的协同控制难，同时由于激光的直线传播特点，填充金属对于激光存在可能的遮挡作用，该遮挡作用对于形成协同熔池，进而完成修复造成极大困难。如果能够将粉材和丝材在同一个喷嘴中送出，则将极大的改善遮挡问题。但是，焊丝和粉料一起送出的最大问题在于如何保证焊丝和粉料充分、均匀混合，且与母材形成良好熔合效果。
现有的水下激光修复技术包括单独送粉修复、单独送丝修复、旁轴丝粉共送修复。单独送粉修复：孔隙率高、接头质量无法保证，修复后的材料性能远远低于母材，且粉末修复时，容易受到气流保护罩的气体影响；单独送丝修复：无法形成金属基复材，单纯合金性能同母材的差异会导致修复过程降低构件性能；旁轴丝粉共送修复：结构非常复杂，几乎无法回避开气流的影响，且三个单元(粉、丝、板)之间的协同熔化难度极大，一旦丝材发生弯曲，无法完成修复。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够使焊丝与粉料同步送入的送粉头和3D打印装置，以解决上述现有技术存在的问题，实现焊丝与粉料的同步送入，并保证粉料与焊丝熔化形成的熔滴均匀混合。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种能够使焊丝与粉料同步送入的送粉头，所述送粉头中穿设有焊丝，所述焊丝一端伸出所述送粉头的出料端，所述送粉头的出料端设置有送粉孔，所述送粉头上通过进气口连接有保护气的气源，所述气源中的保护气能够将所述送粉头中的粉料通过所述送粉孔吹出，从所述送粉孔吹出的粉料以与所述焊丝的轴向平行的方向运动的同时还以所述焊丝为轴进行周向运动，且所述送粉孔的大小及所述送粉孔与所述焊丝之间的间距需保证从所述送粉孔吹出的粉料能够附着在所述焊丝伸出所述送粉头的一端熔化所形成的熔滴上；通过调节所述保护气的吹入速度来调节所述粉料的吹出速度，以使所述粉料的吹出速度与所述焊丝的熔化速度保持一致。
优选的，所述送粉头包括密闭的粉料仓和一端与所述粉料仓的一端连通的送粉管，所述进气口设置在所述粉料仓的另一端，所述送粉管为一直管，所述送粉管中固设有一与所述送粉管同轴的送粉柱，所述送粉柱的外壁与所述送粉管的内壁之间形成有至少两个均匀分布的螺旋状的送粉通道，所述送粉通道的两端与所述送粉管的两端齐平，所述送粉通道远离所述粉料仓的一端即为所述送粉孔，所述焊丝穿设在所述送粉柱中，所述焊丝与所述送粉柱同轴。
优选的，所述送粉通道和所述送粉孔均为四个，所述送粉通道为设置在所述送粉柱的外壁上的螺旋凹槽。
优选的，所述送粉头包括丝粉头和一端与所述丝粉头连通的送料嘴，所述丝粉头为一圆柱形的壳体，所述送料嘴呈锥形，所述送粉孔为设置在所述送料嘴另一端的圆形孔，所述焊丝、所述送料嘴、所述丝粉头及所述送粉孔同轴；所述进气口为四个，且四个所述进气口周向均匀设置在所述丝粉头的侧壁上，所述进气口呈直管状，且任意一个所述进气口的轴向均与所述丝粉头的周向相切；所述焊丝与所述送料嘴或所述丝粉头固连。
本发明还提供一种能够使焊丝与粉料同步送入的3D打印装置，包括激光发射器和上述的能够使焊丝与粉料同步送入的送粉头，能够使焊丝与粉料同步送入的送粉头通过机架与所述激光发射器固连，所述激光发射器由机器人的机械臂夹持，所述激光发射器发出的激光能够照射在焊丝伸出能够使焊丝与粉料同步送入的送粉头的一端。
优选的，所述焊丝相对所述激光发射器发出的激光倾斜。
优选的，所述激光发射器发出的激光垂直于熔覆方向。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明的能够使焊丝与粉料同步送入的送粉头和3D打印装置，实现了焊丝与粉料的同步送入，并能够保证粉料与焊丝熔化形成的熔滴均匀混合。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中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为本发明实施例一能够使焊丝与粉料同步送入的送粉头的结构示意图；
图2为本发明实施例一能够使焊丝与粉料同步送入的3D打印装置的结构示意图；
图3为本发明实施例二能够使焊丝与粉料同步送入的送粉头的结构示意图一；
图4为本发明实施例二能够使焊丝与粉料同步送入的送粉头的结构示意图二；
图5为本发明实施例二能够使焊丝与粉料同步送入的3D打印装置的结构示意图；
其中：100、能够使焊丝与粉料同步送入的送粉头；200、能够使焊丝与粉料同步送入的3D打印装置；1、粉料仓；2、送粉管；3、送粉柱；4、送粉通道；5、焊丝；6、送粉孔；7、送丝口；8、连接管；9、激光发射器；10、基板；11、丝粉头；12、送料嘴；13、进气口；14、连接杆；15、套管。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种能够使焊丝与粉料同步送入的送粉头和3D打印装置，以解决上述现有技术存在的问题，实现焊丝与粉料的同步送入，并保证粉料与焊丝熔化形成的熔滴均匀混合。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
如图1至图2所示：本实施例提供了一种能够使焊丝与粉料同步送入的送粉头100，送粉头中穿设有焊丝5，焊丝5一端伸出送粉头的出料端，送粉头的出料端设置有送粉孔6，送粉头上通过进气口连接有保护气的气源，气源中的保护气能够将送粉头中的粉料通过送粉孔6吹出，从送粉孔6吹出的粉料以与焊丝5的轴向平行的方向运动的同时还以焊丝5为轴进行周向运动，且送粉孔6的大小及送粉孔6与焊丝5之间的间距需保证从送粉孔6吹出的粉料能够附着在焊丝5伸出送粉头的一端熔化所形成的熔滴上；通过调节保护气的吹入速度来调节粉料的吹出速度，以使粉料的吹出速度与焊丝5的熔化速度保持一致。
本实施例能够使焊丝与粉料同步送入的送粉头100包括密闭的粉料仓1和一端与粉料仓1的一端连通的送粉管2，进气口设置在粉料仓1的另一端，送粉管2为一直管，送粉管2中固设有一与送粉管2同轴的送粉柱3，送粉柱3的外壁与送粉管2的内壁之间形成有四个均匀分布的螺旋状的送粉通道4，送粉通道4的两端与送粉管2的两端齐平，送粉通道4远离粉料仓1的一端即为送粉孔6，焊丝5穿设在送粉柱3中，焊丝5与送粉柱3同轴。送粉孔6为四个，送粉通道4为设置在送粉柱3的外壁上的螺旋凹槽。
本实施例还提供一种能够使焊丝与粉料同步送入的3D打印装置200，包括激光发射器9和上述的能够使焊丝与粉料同步送入的送粉头100，能够使焊丝与粉料同步送入的送粉头100通过机架(未示出)与激光发射器9固连，激光发射器9由机器人的机械臂夹持，激光发射器9发出的激光能够照射在焊丝5伸出能够使焊丝与粉料同步送入的送粉头100的一端。焊丝5相对激光发射器9发出的激光倾斜。激光发射器9发出的激光垂直于熔覆方向。
本实施例能够使焊丝与粉料同步送入的3D打印装置200的工作过程如下：
首先在粉料仓1中设置粉料，通过送丝口7送入焊丝5，将焊丝5插设在送粉柱3上，并使焊丝5穿出送粉柱3，由于焊丝5很长，焊丝5会一直穿设在送丝口7上，且焊丝5的外壁与送丝口7的内壁一直紧密贴合，所以焊丝5会一直将送丝口7密封；之后开启激光发射器9，同时通过气源经连接管8和进气口向粉料仓1中吹入保护气，保护气将粉料仓1中的粉料沿送粉通道4最终经送粉孔6吹出，从送粉孔6吹出的粉料以与焊丝5的轴向平行的方向运动的同时还以焊丝5为轴进行周向运动，激光发射器9发出的激光照射在焊丝5伸出能够使焊丝与粉料同步送入的送粉头100的一端，焊丝5在激光的照射下熔化为熔滴，从送粉孔6吹出的粉料具有沿轴向速度的同时还有环绕轴向的切向速度，从而在粉料切向进入熔滴的时候，可以绕熔滴运动，均匀附着在熔滴内，在熔滴进入基板10上的熔池后，粉料可以均匀分布在熔池中，改善焊缝组织质量，优化修复区域性能。在送料过程中可以通过调节保护气的吹入速度来调节粉料的吹出速度，以使粉料的吹出速度与焊丝5的熔化速度保持一致。
实施例二
如图3至图5所示，本实施例提供了一种能够使焊丝与粉料同步送入的送粉头100，本实施例能够使焊丝与粉料同步送入的送粉头100与实施例一中的能够使焊丝与粉料同步送入的送粉头100能够实现同样的功能，区别之处在于：
本实施例能够使焊丝与粉料同步送入的送粉头100包括丝粉头11和一端与丝粉头11连通的送料嘴12，丝粉头11为一圆柱形的壳体，送料嘴12呈锥形，送粉孔6为设置在送料嘴12另一端的圆形孔，焊丝5、送料嘴12、丝粉头11及送粉孔6同轴；进气口13为四个，且四个进气口13周向均匀设置在丝粉头11的侧壁上，进气口13呈直管状，且任意一个进气口13的轴向均与丝粉头11的周向相切；焊丝5与丝粉头11固连，丝粉头11中通过四个连接杆14连接有套管15，套管15与丝粉头11同轴，焊丝5穿设在套管15中，且焊丝5与套管15过盈配合。
本实施例还提供一种能够使焊丝与粉料同步送入的3D打印装置200，包括激光发射器9和实施例二的能够使焊丝与粉料同步送入的送粉头100，能够使焊丝与粉料同步送入的送粉头100通过机架(未示出)与激光发射器9固连，激光发射器9由机器人的机械臂夹持，激光发射器9发出的激光能够照射在焊丝5伸出能够使焊丝与粉料同步送入的送粉头100的一端。焊丝5相对激光发射器9发出的激光倾斜。激光发射器9发出的激光垂直于熔覆方向。
本实施例能够使焊丝与粉料同步送入的3D打印装置200的工作过程如下：
首先在丝料头中设置粉料，送入焊丝5，将焊丝5插设在套管15上，并使焊丝5穿出套管15；之后开启激光发射器9，同时通过气源向丝料头中吹入保护气，保护气通过四个进气口13进入丝料头中，进入丝料头中的保护气沿以与焊丝5的轴向平行的方向运动的同时还以焊丝5为轴进行周向运动，即进行螺旋运动，螺旋运动的保护气将丝料头中的粉料经吹料嘴和送料孔吹出，从送料孔吹出的粉料以与焊丝5的轴向平行的方向运动的同时还以焊丝5为轴进行周向运动；激光发射器9发出的激光照射在焊丝5伸出能够使焊丝与粉料同步送入的送粉头100的一端，焊丝5在激光的照射下熔化为熔滴，从送粉孔6吹出的粉料具有沿轴向速度的同时还有环绕轴向的切向速度，从而在粉料切向进入熔滴的时候，可以绕熔滴运动，均匀附着在熔滴内，在熔滴进入基板10上的熔池后，粉料可以均匀分布在熔池中，改善焊缝组织质量，优化修复区域性能。在送料过程中可以通过调节保护气的吹入速度来调节粉料的吹出速度，以使粉料的吹出速度与焊丝5的熔化速度保持一致。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，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。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种能够使焊丝与粉料同步送入的送粉头，其特征在于：所述送粉头中穿设有焊丝，所述焊丝一端伸出所述送粉头的出料端，所述送粉头的出料端设置有送粉孔，所述送粉头上通过进气口连接有保护气的气源，所述气源中的保护气能够将所述送粉头中的粉料通过所述送粉孔吹出，从所述送粉孔吹出的粉料以与所述焊丝的轴向平行的方向运动的同时还以所述焊丝为轴进行周向运动，且所述送粉孔的大小及所述送粉孔与所述焊丝之间的间距需保证从所述送粉孔吹出的粉料能够附着在所述焊丝伸出所述送粉头的一端熔化所形成的熔滴上；通过调节所述保护气的吹入速度来调节所述粉料的吹出速度，以使所述粉料的吹出速度与所述焊丝的熔化速度保持一致；
所述送粉头包括密闭的粉料仓和一端与所述粉料仓的一端连通的送粉管，所述进气口设置在所述粉料仓的另一端，所述粉料仓包括相连通的直管段和锥形段，所述锥形段远离所述直管段的一端与所述送粉管连通，所述锥形段靠近所述送粉管的一端至另一端的直径逐渐增大，所述送粉管为一直管，所述送粉管中固设有一与所述送粉管同轴的送粉柱，所述送粉柱的外壁与所述送粉管的内壁之间形成有至少两个均匀分布的螺旋状的送粉通道，所述送粉通道的两端与所述送粉管的两端齐平，所述送粉通道远离所述粉料仓的一端即为所述送粉孔，所述焊丝穿设在所述送粉柱中，所述焊丝与所述送粉柱同轴；气源通过连接管与所述进气口连通。
2.根据权利要求1所述的能够使焊丝与粉料同步送入的送粉头，其特征在于：所述送粉通道和所述送粉孔均为四个，所述送粉通道为设置在所述送粉柱的外壁上的螺旋凹槽。
3.一种能够使焊丝与粉料同步送入的3D打印装置，其特征在于：包括激光发射器和权利要求1或2所述的能够使焊丝与粉料同步送入的送粉头，能够使焊丝与粉料同步送入的送粉头通过机架与所述激光发射器固连，所述激光发射器由机器人的机械臂夹持，所述激光发射器发出的激光能够照射在焊丝伸出能够使焊丝与粉料同步送入的送粉头的一端。
4.根据权利要求3所述的能够使焊丝与粉料同步送入的3D打印装置，其特征在于：所述焊丝相对所述激光发射器发出的激光倾斜。
5.根据权利要求3所述的能够使焊丝与粉料同步送入的3D打印装置，其特征在于：所述激光发射器发出的激光垂直于熔覆方向。
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