[發明專利]熔渣清除裝置和方法

在審

• 申請號: 201480006733.4
• 申請日: 2014-01-30
• 公開（公告）號: CN105308190A
• 公開（公告）日: 2016-02-03
• 發明（設計）人: G·J·布魯克;A·卡梅爾
• 申請（專利權）人: 西門子能源公司
• 主分類號: C21B3/04
• 分類號: C21B3/04;B22F3/105;B28B1/00
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 王茂華;黃海鳴

技術領域

本發明總體上涉及焊接和材料結合技術，尤其涉及用于在顆粒狀原料的選擇性激光熔化或燒結之后進行熔渣清除的機器和過程。

背景技術

焊接和燒結過程經常產生熔渣覆蓋。熔渣清除可能是具有挑戰的，尤其是在所形成的金屬或其它材料必須連續層疊以形成修補、熔覆或層疊構造時。人工清除每層之間的熔渣是緩慢且徒勞的。

埋弧焊(SAW)、電渣焊(ESW)、選擇性激光熔化(SLM)和選擇性激光燒結(SLS)已經被用來通過增量制造而產生焊接、熔覆和部件。在埋弧焊中，顆粒狀的助焊劑在電極線或帶與襯底之間埋下電弧以保護熔融材料不會與大氣發生反應。該處理在金屬沉積的表面留下熔渣，其必須在已有沉積上方或旁邊形成后續焊接通道之前被清除。該熔渣被手工清除，并且未使用的顆粒狀助焊劑被真空吸塵處理并且與新的助焊劑相結合以便用于進一步的處理。該處理還被用于埋弧熔覆。電渣焊或熔覆通過在作為電流導體的處理點處提供熔融的助焊劑而避免了電弧。其它處理技術包括原料粉末的激光熔覆和選擇性激光熔化(SLM)或選擇性激光燒結(SLS)。

在熔渣輕易從沉積表面脫落的情況下可以在埋弧焊中采用真空吸塵來恢復熔渣和未使用的助焊劑。然而，當需要物理接觸來驅逐熔渣脫，真空吸塵就不夠了。針對粉床處理(例如，SLM、SLS)而言，真空吸塵趨向于連同熔渣一起或者優先于熔渣清除原料粉末，這是因為該粉末較輕并且沒有附著到襯底上。如此不僅使得不能清除熔渣，而且還清除了未使用的原料，而后者是之前沉積上方或旁邊的附加熔化/燒結通道所需要的。

附圖說明

在以下描述中參考附圖對本發明進行解釋，其中：

圖1是根據本發明實施例的包含覆蓋以用于處理的顆粒狀原料的襯底的腔室的示意性截面圖；

圖2是圖1中的機器在原料熔化或燒結已經在襯底上形成了覆蓋以熔渣的沉積之后的視圖；

圖3是圖1中的機器將熔渣層重新定位于腔室邊沿上方以便進行熔渣清除的視圖；

圖4是部署在圖1中的腔室上并且將熔渣從材料沉積掠下并置于分離器上的熔渣清除設備的視圖，上述分離器將熔渣從可重新使用的的顆粒狀原料中分離出來；

圖5是圖4中的機器將所恢復的原料循環至材料沉積的頂表面以便進一步成層或熔覆的視圖；

圖6是本發明的具有可垂直調節的旋轉熔渣清除設備的實施例的視圖；

圖7示出了使得被修補、焊接、成層或構造的組件進行旋轉的實施例；

圖8圖示了能夠由所公開的機器進行操作的方法中的步驟。

具體實施方式

圖1示出了機器20，其具有包圍供修補、熔覆、焊接或構造的組件或襯底24的熔化腔室22。該腔室可以具有上沿38，其可以是平面或曲面的，并且可以對隨后描述的熔渣清除設備進行引導。可移動定位器25可以支撐襯底24并且使得其相對于腔室22垂直移動。顆粒狀原料26部署在襯底24上以便被諸如激光之類的能量源28所熔化或燒結。能量源28可以以可編程路徑30跨原料26進行移動以便熔化或燒結顆粒狀材料26，后者可以包括合金成分和助焊劑。例如，激光束可以利用可移動鏡面或棱鏡進行指向以掃描可編程路徑30從而利用用于加熱的激光能量對原料26的預定區域進行“涂描(paint)”。原料26可以是任意類型或組合的材料，其能夠被熔化或燒結以形成其上具有一層熔渣的固態層或主體。

圖2示出了由原料26的熔化或燒結而形成于襯底24上的沉積32。熔渣層34形成于沉積32的上表面33上。

圖3示出了由定位器25所升高36的襯底，而例如使得沉積32的頂表面與腔室22的邊沿38齊平。

圖4示出了安裝在由螺栓所例示的驅動機構39上的被例示為刮刀的熔渣清除設備40，上述驅動機構39使得該熔渣清除設備跨沉積32的頂表面進行移動。這清除了熔渣清除設備40的切割表面35上方的熔渣34。這里，“切割表面”表示諸如平面或旋轉表面之類的表面幾何形狀，該熔渣清除設備在沉積32和熔渣清除設備40之間的相對運動期間清除材料到上述切割表面以外。沉積32的頂表面33已經被定位在切割表面35而使得熔渣34得以被清除。同樣被清除的還有保留在沉積上表面33的水平面上方的至少一部分可重復使用的原料37。可以提供分離設備42，其基于顆粒大小或其它標準將熔渣從可重復使用的原料中分離出來。該分離例如可以由穿孔傳送帶、振動篩或篩選機來實施。傳送設備44可以將所恢復的原料27傳輸至收集器46，或者該收集器可以直接被分離設備42進行填裝。