[發明專利]金屬構件電弧填絲增材制造實時降溫裝置與方法

有效

• 申請號: 201811035555.4
• 申請日: 2018-09-06
• 公開（公告）號: CN108994426B
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 熊俊;彭陳程;周錦霖;楊梓為;楊成列;薛振振
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: B23K9/04
• 分類號: B23K9/04;B23K9/32
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 敖歡;葛啟函

本發明提供一種金屬構件電弧填絲增材制造實時降溫裝置與方法，該裝置包括冷卻罩、氣流緩沖裝置、升降裝置等，氣流緩沖裝置可保證通入的低溫冷卻氣體均勻分布在堆積層上，通過調節前、后滑動金屬擋板，可有效調節堆積層的冷卻范圍，金屬構件電弧填絲增材制造實時降溫方法如下：提前在冷卻罩內通入低溫冷卻氣體，成形前n層時，每成形一層，將焊槍和前、后滑動金屬擋板提升切片高度h，冷降溫裝置降低h，成形剩余層時，每成形一層，僅將焊槍提升h，本發明方法提出的金屬構件電弧填絲增材制造實時降溫裝置與方法可有效調節堆積層的冷卻范圍，并提高堆積層的冷卻效率，同時解決了傳統電弧填絲增材制造熱積累嚴重的難題。

技術領域

本發明屬于電弧填絲增材制造技術領域，具體涉及一種金屬構件電弧填絲增材制造實時降溫裝置與方法。

背景技術

電弧填絲增材制造是采用焊接電弧作為熱源，金屬絲材為填充材料，逐層制造成形全焊縫的金屬構件。該技術的最大優勢是設備成本低、堆積效率高，因而在航空航天、國防軍工等領域的大尺寸金屬構件的制造上具有廣闊的應用前景。

但是電弧填絲增材制造在保持高堆積效率的同時，也不可避免的存在電弧熱輸入大、堆積過程熱積累嚴重的問題，這種現象在多層單道薄壁構件的制造時，更為突出。堆積件的熱積累嚴重，導致堆積過程熔池散熱變差及凝固時間增加、熔池形狀難以控制，堆積層冷卻速率下降，甚至引起成形件的組織粗大、性能惡化及服役性能下降等一系列難題。目前，解決這一技術難題的方法主要有以下幾種：①盡量采用小工藝參數；②增大層間等待時間，待層間溫度降至設定值時，然后開始堆積下一層；③在成形基板上通入循環冷卻水，使基板及堆積層降溫。但是，上述方法①和②會降低電弧填絲增材制造的成形效率，方法③僅在堆積前幾層時效果明顯，隨金屬構件堆積高度的增加，熱積累嚴重的問題同樣突出。因此，上述方法存在一系列缺點，有必要進行改進。

中國專利申請號：201510765786.0名為“一種焊接時焊縫實時保護罩”的專利提供了一種焊接時焊縫實時保護罩，但該裝置僅適合焊接過程，無法用于電弧增材制造堆積層的保護并調節保護范圍，也無法降低堆積層的熱積累。為此，亟需提出一種金屬構件電弧填絲增材制造實時降溫裝置與方法，以解決電弧填絲增材制造過程熱積累嚴重引起的成形質量差的技術難題。

發明內容

鑒于上述現有技術的不足，本發明的目的在于解決電弧填絲增材制造過程熱積累嚴重引起的成形質量差的技術難題，提供一種金屬構件電弧填絲增材制造實時降溫裝置與利用該裝置進行降溫的方法。

為實現上述發明目的，本發明提供技術方案如下：

一種金屬構件電弧填絲增材制造實時降溫裝置，包括由頂板、前封裝板、后封裝板、左側板、右側板圍成的冷卻罩，所述頂板上設有金屬桿、以及連通至冷卻罩的第一進氣管、第二進氣管，第一進氣管和第二進氣管用于向冷卻罩內通入低溫冷卻氣體，所述前封裝板和后封裝板的下端均設有矩形窗口，矩形窗口的寬度為W，高度為H，用于防止堆積層與前封裝板和后封裝板發生碰撞，前封裝板和后封裝板的左右兩側均縱向設置有波浪形導軌，前封裝板的波浪形導軌上滑動連接有可上下滑動的前滑動金屬擋板，后封裝板的波浪形導軌上滑動連接有可上下滑動的后滑動金屬擋板，前滑動金屬擋板和后滑動金屬擋板用于阻擋冷卻罩內的低溫冷卻氣體外流，所述波浪形導軌用于調節前滑動金屬擋板和后滑動金屬擋板對金屬構件堆積高度的保護范圍，所述前滑動金屬擋板和后滑動金屬擋板的中下部均設有矩形塊，矩形塊中放置有兩端各固定一個鋼珠的彈簧，彈簧用于將鋼珠緊壓在波浪形導軌的凹槽內，完成前滑動金屬擋板和后滑動金屬擋板的自鎖，前滑動金屬擋板和后滑動金屬擋板的頂部為翻折的手持部，用于手動控制前滑動金屬擋板和后滑動金屬擋板的升降；