[發(fā)明專利]一種受控電弧增材過程專用焊槍噴嘴裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911048928.6
• 申請日: 2019-10-31
• 公開（公告）號: CN111761177A
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫清潔;董镈瓏;劉一博;靳鵬;李軍兆;鐘博;馮吉才
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）
• 主分類號: B23K9/167
• 分類號: B23K9/167;B23K9/133;B23K9/28;B23K9/32;B33Y10/00;B33Y30/00
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本發(fā)明涉及一種受控電弧增材過程專用焊槍噴嘴裝置，其特征在于，包括防護(hù)鏡片和內(nèi)部陶瓷噴嘴；本發(fā)明通過防護(hù)鏡片與陶瓷噴嘴一體式設(shè)計(jì)，使操作者可以對增材過程進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察且實(shí)現(xiàn)電弧形態(tài)與熔滴過渡實(shí)時(shí)控制。此外，在噴嘴頂端設(shè)計(jì)有微形小孔供額外保護(hù)氣輸入以實(shí)現(xiàn)熔融金屬熔化及凝固過程的雙重保護(hù)，雙重保護(hù)作用下焊縫不易氧化且冷卻速度更快；采用窄直徑內(nèi)部陶瓷噴嘴設(shè)計(jì)從而對電弧形成機(jī)械約束，外部保護(hù)氣對內(nèi)部保護(hù)氣的壓縮作用進(jìn)一步拘束與壓縮電弧，在雙重約束作用下令電弧受到控制，從而提高增材時(shí)電弧的能量密度，雙重氣體保護(hù)的對流傳熱加速了陶瓷噴嘴的冷卻。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電弧增材領(lǐng)域，特別是電弧增材過程控制與保護(hù)的裝置及方法。

背景技術(shù)

電弧增材作為一種以電弧為熱源進(jìn)行增材制造的技術(shù)，電弧產(chǎn)熱熔化焊絲后進(jìn)行逐層堆積成形，但是由于電弧作為熱源首先會在增材的過程中產(chǎn)生大量有害弧光，對操作者的感覺器官可能會帶來極大的損傷，且不利于操作者對電弧增材參數(shù)的控制；此外，一些活性金屬材料在進(jìn)行電弧增材的過程中，由于焊槍移動速度過快和冷卻速度較慢，可能會導(dǎo)致一些金屬材料在增材成形后不能得到很好的氣體保護(hù)，致使焊縫被氧化影響整體電弧增材成形的質(zhì)量；并且，電弧作為熱源會向周圍空間輻射大量的熱量還會對已經(jīng)增材成形后的材料進(jìn)行重熔與加熱，這不僅僅會造成能量的大量浪費(fèi)，更會使得增材成形的組織變差和陶瓷噴嘴與鎢極過熱燒損，即需要在電弧增材的過程中，對電弧進(jìn)行約束與控制并提高其能量利用率。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種受控電弧增材過程專用焊槍噴嘴裝置及方法，以解決現(xiàn)在技術(shù)中的問題。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種受控電弧增材過程專用焊槍噴嘴裝置，包括防護(hù)鏡片和引導(dǎo)保護(hù)氣與電弧并保護(hù)鎢機(jī)（或者焊絲）的內(nèi)部陶瓷噴嘴。

優(yōu)選地，所述防護(hù)鏡片裝置上的鏡片為濾光玻璃片，所述內(nèi)部陶瓷噴嘴材質(zhì)為耐高溫?zé)o色石英玻璃。

優(yōu)選地，所述防護(hù)鏡片裝置下半部分兩側(cè)開有兩類通孔，一類為滿足送絲裝置調(diào)整角度的橢圓形通孔與之相對的另一側(cè)留有為增材過程中金屬沉積的空間而設(shè)計(jì)的半圓形通孔，且兩孔的中心線在一條直線上。

優(yōu)選地，所述防護(hù)鏡片與內(nèi)部陶瓷噴嘴直接相連，并固定在內(nèi)部陶瓷噴嘴外側(cè)。

優(yōu)選地，所述內(nèi)部陶瓷噴嘴通過螺紋與焊槍相連。

優(yōu)選地，所述引導(dǎo)保護(hù)氣與電弧并保護(hù)鎢機(jī)（或者焊絲）的內(nèi)部陶瓷噴嘴為兩端頭部為圓柱體，圓柱體之間通過圓臺進(jìn)行過度。

優(yōu)選地，噴嘴頂端設(shè)計(jì)有多個(gè)對稱放置的通孔并貫穿整個(gè)陶瓷噴嘴。

優(yōu)選地，內(nèi)部陶瓷噴嘴底部圓柱部分的直徑盡可能的小。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種受控電弧增材過程專用焊槍噴嘴裝置的使用方法，包括如下步驟。

步驟一：待電弧增材準(zhǔn)備就緒，通過螺紋連接把陶瓷噴嘴固定在焊槍上。

步驟二：旋轉(zhuǎn)陶瓷噴嘴使得電弧增材送絲裝置穿過防護(hù)鏡片裝置上所述橢圓形通孔。

步驟三：通過陶瓷噴嘴頂端對稱的小孔輸入額外的保護(hù)氣體，內(nèi)部陶瓷噴嘴輸入電弧增材需要的保護(hù)氣體，通過調(diào)控兩種保護(hù)氣體輸入的流量，使輸入到防護(hù)鏡片與內(nèi)部陶瓷嘴之間的額外保護(hù)氣對內(nèi)部陶瓷噴嘴輸入的保護(hù)氣產(chǎn)生壓縮效果。

步驟四：觀察電弧增材過程中電弧的形狀與熔滴過渡形態(tài)并及時(shí)調(diào)整與控制電弧增材相關(guān)的參數(shù)，還可通過調(diào)控兩種保護(hù)氣體輸入的流量以實(shí)現(xiàn)對電弧的控制，此外兩種保護(hù)氣的輸入形成了氣體雙重保護(hù)與雙重冷卻作用，用以提高電弧增材成形的質(zhì)量。

步驟五：熄弧，經(jīng)過一段時(shí)間后停止內(nèi)部陶瓷噴嘴保護(hù)氣體的輸入，再經(jīng)過一段時(shí)間后停止外部保護(hù)氣體的輸入，電弧增材過程結(jié)束。