RU2818555C1 - Способ электронно-лучевой наплавки - Google Patents
Способ электронно-лучевой наплавки Download PDFInfo
- Publication number
- RU2818555C1 RU2818555C1 RU2023118661A RU2023118661A RU2818555C1 RU 2818555 C1 RU2818555 C1 RU 2818555C1 RU 2023118661 A RU2023118661 A RU 2023118661A RU 2023118661 A RU2023118661 A RU 2023118661A RU 2818555 C1 RU2818555 C1 RU 2818555C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electron beam
- wire
- electron
- wire feed
- surfacing
- Prior art date
Links
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 title claims abstract description 55
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims abstract description 21
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims abstract description 10
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 5
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 5
- 239000000654 additive Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
Abstract
Изобретение может быть использовано при аддитивном изготовлении деталей электронно-лучевой наплавкой с оперативным контролем за положением присадочной проволоки относительно электронного луча. Создают ванну расплава электронно-лучевой пушкой при ее перемещении по траектории наплавки с подачей присадочной проволоки. Осуществляют вращение узла подачи проволоки вокруг электронного луча под заданным углом посредством щёточно-коллекторного узла, осевая опора которого неподвижно закреплена относительно электронно-лучевой пушки, а на наружной части закреплен узел подачи проволоки. Для перемещения по траектории наплавления используют манипулятор. Наружная часть щёточно-коллекторного узла соединена шестеренчатой передачей с электродвигателем, установленном на опорном кронштейне электронно-лучевой пушки. Узел подачи проволоки выполнен в виде закрепленных на кронштейне катушки с тормозным устройством и механизма подачи проволоки с мундштуком. Механизм подачи проволоки выполнен в виде подающих роликов с канавками, соединенными с блоком шестерен. Техническим результатом является обеспечение однородности сварного шва вдоль сложной пространственной траектории наплавления за счет неограниченного по углу вращения проволоки вокруг луча электронно-лучевой пушки. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Изобретение относится к области электронно-лучевой наплавки, используемой при аддитивном изготовлении деталей и может быть использована для оперативного контроля за положением присадочной проволоки относительно электронного луча при электронно-лучевой наплавке или послойном синтезе изделий проволочными материалами.
Известен способ электронно-лучевой наплавки и устройство подачи присадочной проволоки (патент RU2704682). Способ содержит этапы, на которых электронно-лучевую наплавку проводят с непрерывной осцилляцией электронного луча по траектории, имеющей пересечение с присадочной проволокой. Управляют отклоняющей системы электронного луча и/или системой позиционирования присадочной проволоки, поддерживая значения упомянутых выше величин на уровне, соответствующем требуемому положению присадочной проволоки относительно электронного луча. Известен способ электронно-лучевой наплавки и устройство подачи присадочной проволоки (патент RU2725537). Способ включает расплавление основным электронным лучом подаваемого сырьевого материала в виде проволоки с образованием основной ванны расплава, непрерывное перемещение основной ванны расплава по заданной траектории с формированием наплавленного валика и подогрев по меньшей мере одним дополнительным электронным лучом по меньшей мере одного участка наплавленного валика, дополнительно подают второй сырьевой материал в виде проволоки. Устройство содержит электронно-лучевую пушку, основной электронный луч и дополнительные электронные лучи формируемые электронной пушкой, подложку, проволоку подаваемую через мундштуки, основную ванну расплава, дополнительные ванны расплава.
Недостаками известных способов и устройств является невозможность электронно-лучевой наплавки по сложной пространственной траектории.
Известен способ электронно-лучевой наплавки (WO2019074827, выбран в качестве прототипа). В способе электронно-лучевой пушкой по траектории наплавления создают ванну расплава, подают в нее проволоку. Устройство подачи проволоки снабжено узлами подачи проволоки с мундштуками, которые могут, вращаясь вокруг луча, расходиться на угол, меньший чем 360 градусов и сходиться вместе. Для подачи проволоки используют ролики, с приводом от двигателя. Электрические соединения при этом могут быть выполнены в виде гибких проводов достаточной длины. Направление сварки меняют путем поворота подложки (поворотного стола).
Недостаком известных способа и устройства является невозможность наплавки на крупногабаритные изделия по сложной пространственной траектории, когда требуются больший углы поворота присадочной проволоки относительно электронного луча.
Для обеспечения однородности наплавляемого слоя (сварного шва) необходимо, чтобы присадочная проволока подавалась с одного направления в ванну расплава, относительно электронного луча. В случае сложной пространственной траектории сварного шва, необходимо перемещать электронно-лучевую пушку вдоль траетории наплавления при помощи многоосевых манипуляторов (до 5 степеней свободы). Техническим результатом группы изобретения является обеспечение однородности сварного шва вдоль сложной пространственной траектории наплавления за счет неограниченного по углу вращения проволоки вокруг луча электронно-лучевой пушки.
Технический результат достигается в способе электронно-лучевой наплавки, включающем создание ванны расплава электронно-лучевой пушкой при ее перемещении по траектории наплавки с подачей присадочной проволоки при вращении узла подачи проволоки вокруг электронного луча под заданным углом к нему. Упомянутое вращение узла подачи проволоки под заданным углом осуществляют посредством щёточно-коллекторного узла, осевая опора которого неподвижно закреплена относительно электронно-лучевой пушки, а на наружной части которого закреплен узел подачи проволоки. Электронно-лучевую пушку перемещают по траектории наплавления манипулятором. Проволоку подают устройством подачи проволоки, включающем щёточно-коллекторный узел, осевая опора которого неподвижно закреплена относительно электронно-лучевой пушки, а наружная часть вращается и оснащена узлом подачи проволоки. Наружная часть соединена шестеренчатой передачей с электродвигателем, установленном на опорном кронштейне электронно-лучевой пушки. Узел подачи проволоки выполнен в виде, закрепленных на кронштейне, катушки с тормозным устройством и механизма подачи проволоки с мундштуком. Механизм подачи проволоки выполнен в виде подающих роликов с канавками, соединенными с блоком шестерен. Мундштук выполнен регулируемым. Узел подачи проволоки оснащен системой жидкостного охлаждения мундштука.
Изобретение поясняется рисунками:
фиг. 1 - устройство подачи проволоки в сборе с электронно-лучевой пушкой, установленной на опорном кронштейне манипулятора;
фиг. 2 – схема щёточно-коллекторного узла;
фиг. 3 – схема подающих роликов и блока шестерен;
фиг. 4 – схема движения по траектории наплавления.
Устройство подачи проволоки (далее, также – «присадочной проволоки») включает щёточно-коллекторный узел, осевая опора 2 которого неподвижно закреплена относительно электронно-лучевой пушки 3, а наружная часть 1 вращается и оснащена узлом подачи проволоки.
Наружная часть 1 соединена шестеренчатой передачей 4 (например, передача шестерня-рейка) с электродвигателем 5, установленном на опорном кронштейне 6 электронно-лучевой пушки, который в свою очередь, устанавливается на манипуляторе с 5 управляемыми осями (не показан).
Узел подачи проволоки выполнен в виде, закрепленных на кронштейне 7, катушки 8 с тормозным устройством и механизма 9 подачи присадочной проволоки 10 с мундштуком 11.
Мундштук 11 выполнен регулируемым, для этого, кронштейн 7 или механизм 9 подачи проволоки оснащаются регулировочными винтами, изменяющими его положение в вертикальной и горизонтальной плоскостях.
Узел подачи проволоки оснащен системой жидкостного охлаждения мундштука 11, выполненной в виде шлангов с штуцерами 18, соединенными с насосом, радиаторами (теплообменниками), емкостью (не показаны). Поскольку устройство подачи проволоки вместе с электронно-лучевой пушкой находятся в вакууме, конвекция отсутствует и охлаждение частей устройства затруднено, мундштук 11 находиться в непосредственной близости от наплавляемого изделия, требуется принудительное жидкостное охлаждение, для исключения залипания присадочной проволоки 10 к мундштуку 11.
Механизм 9 подачи проволоки выполнен в виде подающих роликов 12 с канавками, механически соединенными с блоком 13 шестерен для передачи вращения с электродвигателя (на фиг. 3 показана кинематическая схема, механическое соединение частей механизма 9 подачи проволоки не показано).
Щёточно-колекторный узел обеспечивает поворот присадочной проволоки 10 на произвольный угол, то есть, без ограничений на угол вращения (неограниченный угол или «бесконечное вращение»). Щеточные контакты 14 токосъемника 16 передают питание и управление по шинам 15 на электродвигатель механизма 9 подачи проволоки, который подаёт присадочную проволоку 10 из катушки 8 в наплавляемую ванну 17. Электродвигатель механизма 9 подачи проволоки управляется от системы ЧПУ.
Для контроля ванны 17 расплавленного металла во время процесса выращивания детали необходимо обеспечить подачу присадочного металла в начало ванны 17 с одного и того же направления относительно траектории. Выращиваемые детали могут иметь сложную форму, траетория наплавки имеет сложную геометрию, а свойства наплавочного шва зависят от направления движения и места подачи присадочной проволоки. Описанное выше устройство позволяет обеспечить непрерывную подачу присадочной проволоки 10 в начало расплавленной ванны 17 с любой криволинейной траекторией за счет того, что реализовано вращение механизма 9 подачи проволоки вокруг электронного луча на проивольный, ничем не ограниченный угол.
В предложенном способе электронно-лучевой наплавки электронно-лучевой пушкой 3 по траектории наплавления создают ванну 17 расплава, и подают в нее проволоку 10, вращая узел подачи проволоки вокруг электронного луча на произвольный угол. Электронно-лучевую пушку 3 перемещают по траектории наплавления манипулятором. Вращение узла подачи проволоки дополняет движения манипулятора с 5 управляемыми осями: линейные – Х, Y, Z, угловая В - наклон пушки вдоль оси Х, угловая С - наклон пушки вдоль оси Y. Узел поворота: поворот мундштука вокруг ЭЛП – ось D, подача присадочной проволоки – ось W. Пять осей манипулятора и две оси узла подачи проволоки управляются от системы ЧПУ с возможностью круговой интерполяции. Благодаря такой подвижности, отсутствию ограничений по углу вращения проволоки 10 вокруг луча электронно-лучевой пушки 3, обеспечиваются постоянные условия сварки (наплавки) и, как следствие, однородность сварного шва.
Claims (4)
1. Способ электронно-лучевой наплавки, включающий создание ванны расплава электронно-лучевой пушкой при ее перемещении по траектории наплавки с подачей присадочной проволоки при вращении узла подачи проволоки вокруг электронного луча под заданным углом к нему, упомянутое вращение узла подачи проволоки под заданным углом осуществляют посредством щёточно-коллекторного узла, осевая опора которого неподвижно закреплена относительно электронно-лучевой пушки, а на наружной части которого закреплен узел подачи проволоки.
2. Способ электронно-лучевой наплавки по п.1, отличающийся тем, что электронно-лучевую пушку перемещают по траектории наплавления манипулятором.
3. Способ электронно-лучевой наплавки по п.1, отличающийся тем, что наружная часть соединена шестеренчатой передачей с электродвигателем, установленном на опорном кронштейне электронно-лучевой пушки.
4. Способ электронно-лучевой наплавки по п.1, отличающийся тем, что узел подачи проволоки выполнен в виде, закрепленных на кронштейне, катушки с тормозным устройством и механизма подачи проволоки с мундштуком, механизм подачи проволоки выполнен в виде подающих роликов с канавками, соединенными с блоком шестерен.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2818555C1 true RU2818555C1 (ru) | 2024-05-02 |
Family
ID=
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1087284A1 (ru) * | 1982-10-18 | 1984-04-23 | Предприятие П/Я В-2190 | Устройство дл подачи сварочной проволоки при автоматической сварке |
| WO2019074827A1 (en) * | 2017-10-09 | 2019-04-18 | Sciaky, Inc. | ELECTRON BEAM ADDITIVE MANUFACTURING SYSTEM AND CONTROL COMPONENTS |
| RU2753069C1 (ru) * | 2020-10-13 | 2021-08-11 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Способ электронно-лучевой наплавки с вертикальной подачей присадочной проволоки |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1087284A1 (ru) * | 1982-10-18 | 1984-04-23 | Предприятие П/Я В-2190 | Устройство дл подачи сварочной проволоки при автоматической сварке |
| WO2019074827A1 (en) * | 2017-10-09 | 2019-04-18 | Sciaky, Inc. | ELECTRON BEAM ADDITIVE MANUFACTURING SYSTEM AND CONTROL COMPONENTS |
| RU2753069C1 (ru) * | 2020-10-13 | 2021-08-11 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Способ электронно-лучевой наплавки с вертикальной подачей присадочной проволоки |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11980968B2 (en) | Methods and systems for additive tool manufacturing | |
| US7326377B2 (en) | Solid-free-form fabrication process and apparatus including in-process workpiece cooling | |
| US10279413B2 (en) | Automated welding of moulds and stamping tools | |
| EP3597354B1 (en) | Laser head for directionally independent additive deposition of hot wire | |
| CN113333910B (zh) | 一种基于旋转多丝电弧增材智能装置及方法 | |
| US9292016B2 (en) | Automated welding of moulds and stamping tools | |
| US20180178304A1 (en) | 3d printing apparatus | |
| EP3587007A1 (en) | Flexible hybrid additive manufacturing for specified alloy creation | |
| US11229953B2 (en) | Methods and systems for additive manufacturing | |
| JP7484965B2 (ja) | レーザ加工装置、軸受の製造方法、機械の製造方法、及び車両の製造方法 | |
| EP3693118B1 (en) | Hybrid additive manufacturing system using laser and arc welding | |
| RU2818555C1 (ru) | Способ электронно-лучевой наплавки | |
| CN112975085A (zh) | 一种多丝多等离子弧和cmt双机器人协同增材的装置 | |
| JP6361846B1 (ja) | レーザ溶接装置、レーザ加工装置、レーザ溶接方法、軸受の製造方法、機械の製造方法、及び車両の製造方法 | |
| US7842898B2 (en) | Variable orifice torch | |
| US7342195B2 (en) | Customizable ion fusion formation system and process | |
| US20220097142A1 (en) | Three-dimensional deposition device and method | |
| CN115625410A (zh) | 用于等离子体电弧增材全角度调整的装置及方法 | |
| US20210387265A1 (en) | Surface processing device and method, and three-dimensional deposition device | |
| CN109986256A (zh) | 用于焊接罐箱内的防波板的装置和方法 | |
| CN107921581A (zh) | 用于激光堆焊的方法和设备 | |
| JP2002178157A (ja) | 肉盛溶接方法および肉盛溶接装置 | |
| CN220591896U (zh) | 多激光送丝增材系统 | |
| Kawabata et al. | Welding torch with coaxial wire feed and rotating electrode for wire-arc directed energy deposition | |
| US20230294191A1 (en) | Molded object manufacturing method and molded object |