[發(fā)明專利]一種基于焊絲分流的空心鎢極電弧增材制造裝置與方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010019819.8
• 申請(qǐng)日: 2020-01-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111168193B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 苗玉剛;李春旺;尹晨豪;魏超;鄒俊攀;郭俊良;劉吉;林志成
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號(hào): B23K9/04
• 分類號(hào): B23K9/04;B23K9/167;B23K9/235;B23K9/24;B23K9/32;B33Y10/00;B33Y30/00
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本發(fā)明提供一種基于焊絲分流的空心鎢極電弧增材制造裝置與方法，包括TIG焊接電源、電弧熱絲空心鎢極氬弧焊槍、送絲機(jī)構(gòu)、IGBT分流模塊、母材、電流控制器和電流傳感器；所述TIG焊接電源與電流傳感器、母材、電弧熱絲空心鎢極氬弧焊槍構(gòu)成閉合電路，所述TIG焊接電源與電流控制器和IGBT分流模塊、送絲機(jī)構(gòu)和電弧熱絲空心鎢極氬弧焊槍構(gòu)成閉合電路；本發(fā)明焊槍采用的同軸分流熱絲設(shè)計(jì)，減小了焊槍的尺寸，提高了焊槍整體靈活性和可達(dá)性，且同軸耦合的電弧也沒(méi)有增材方向性限制，因而焊槍的適用性更佳，有利于實(shí)現(xiàn)全位置的機(jī)器人自動(dòng)化增材。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種增材制造裝置與方法，尤其涉及一種基于焊絲分流的空心鎢極電弧增材制造裝置與方法，屬于電弧增材制造領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在增材制造領(lǐng)域，電弧增材技術(shù)以其成形效率高、致密度高、力學(xué)性能好、成本低等優(yōu)勢(shì)受到廣泛關(guān)注，特別在大尺寸結(jié)構(gòu)件成形上具有其它增材技術(shù)不可比擬的效率與成本優(yōu)勢(shì)。按照成形熱源可劃分為熔化極氣體保護(hù)電弧焊(Gas metal arc,GMA)增材制造、鎢極氬弧焊(Gas tungsten arc,GTA)增材制造等。其中，GMA以焊絲作為電極，弧、絲具有同軸性，成形位置的可達(dá)性更好，成型效率更快，但熱輸入較高，并且電弧不穩(wěn)定，導(dǎo)致增材制造零部件的成形精度和力學(xué)性能調(diào)控困難；GTA相比GMA具有更加穩(wěn)定的電弧、較低的能量熱輸入，成型的構(gòu)件組織形貌穩(wěn)定性較高，因此在增材制造中得到了廣泛的應(yīng)用。但是，由于受鎢極載流能力的限制，只能采用較小的電流進(jìn)行增材制造，因此TIG增材制造效率明顯低于熔化極氣體保護(hù)等增材制造方法。此外，電弧和焊絲非同軸，對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的增材制造存在方向性問(wèn)題，成形時(shí)需要調(diào)整焊槍姿態(tài)。

發(fā)明專利CN106994546A提出一種多絲共熔池電弧增材制造TIG焊槍及焊接裝置，該方法通過(guò)將傳統(tǒng)TIG焊的實(shí)心鎢極改為空心鎢極，增大了鎢極端部截面積，使鎢極可承載更大的電流，同時(shí)空心鎢極內(nèi)置兩個(gè)送絲腔道，增大了熔敷量，在增材制造成形上提高了加工效率。但是該裝置也存在一些不足，主要表現(xiàn)在：(1)為增加熔敷量，該裝置空心鎢極內(nèi)開(kāi)有四個(gè)送絲通道，大大增加了腔體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，體積和重量都較大。(2)鎢極內(nèi)部未與焊絲進(jìn)行絕緣處理，鎢極與焊絲極易短路起弧，燒損鎢極引發(fā)堵塞(3)該發(fā)明主要通過(guò)高溫鎢極加熱內(nèi)部的空氣間接預(yù)熱焊絲，熱絲效率低且不可控，要想提高焊絲熔化效率就需要給鎢極和母材上通上更大電流，這增加了鎢極燒損率，并使母材的熱輸入過(guò)高，增大母材變形和能源消耗。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了一方面解決了傳統(tǒng)TIG增材時(shí)的送絲位置受限、熔敷效率低等問(wèn)題；另一方面解決了高速增材制造時(shí)為提高焊絲熔化效率增大電流時(shí)使母材熱輸入過(guò)高的矛盾，減小熱積累的效應(yīng)，改善了增材成形的質(zhì)量和力學(xué)性能而提供一種基于焊絲分流的空心鎢極電弧增材制造裝置與方法。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種基于焊絲分流的空心鎢極電弧增材制造裝置，包括TIG焊接電源、電弧熱絲空心鎢極氬弧焊槍、送絲機(jī)構(gòu)、IGBT分流模塊、母材、電流控制器和電流傳感器；

所述TIG焊接電源與電流傳感器、母材、電弧熱絲空心鎢極氬弧焊槍構(gòu)成閉合電路，所述TIG焊接電源與電流控制器和IGBT分流模塊、送絲機(jī)構(gòu)和電弧熱絲空心鎢極氬弧焊槍構(gòu)成閉合電路；所述電弧熱絲空心鎢極氬弧焊槍包括空心鎢極、從空心鎢極內(nèi)穿過(guò)的焊絲、包裹在空心鎢極外的外保護(hù)罩、充斥在空心鎢極和外保護(hù)氣罩內(nèi)的保護(hù)氣和包裹在焊絲外的導(dǎo)電嘴；所述TIG焊接電源負(fù)極與空心鎢極連接，IGBT分流模塊經(jīng)由焊絲與TIG焊接電源正極相連，母材亦與TIG焊接電源正極相連，而電流控制器連接IGBT分流模塊和母材。

一種基于焊絲分流的空心鎢極電弧增材制造的方法，包括如下步驟：

步驟1：取與增材焊絲成分相近的母材作為基板，并進(jìn)行增材制造前的處理，清理表面、油污以及消除氧化層；

步驟2：調(diào)整焊絲伸出空心鎢極前端4-6mm，將焊槍調(diào)整至與母材垂直狀態(tài)，調(diào)整空心鎢極距離母材距離在8-14mm之間；