[發明專利]一種同軸弧內送絲與弧外送粉TIG電弧增材制造裝置

在審

• 申請號: 202010193057.3
• 申請日: 2020-03-18
• 公開（公告）號: CN111266702A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發明（設計）人: 徐國建;柳晉;劉占起;陳冬卅;于寶義;蘇允海;鄭文濤;胡方;曲迎東
• 申請（專利權）人: 沈陽工業大學
• 主分類號: B23K9/04
• 分類號: B23K9/04;B23K9/12;B23K9/167;B23K9/32
• 代理公司: 沈陽智龍專利事務所(普通合伙) 21115
• 代理人: 周智博;宋鐵軍

一種同軸弧內送絲與弧外送粉TIG電弧增材制造裝置，該裝置包括SiO₂玻璃管、四路送粉噴嘴、鎢極紫銅冷卻體、半裂式空心鎢極和四路送粉通道；通過四路送粉通道，最多可實現四種不同成分合金粉末的供給，并且各送粉通道的送粉量可調節，易實現功能梯度結構材料零部件的增材制造，使增材制造零部件的材料、結構及使用性能達到最適匹配。

技術領域

本發明為一種同軸弧內送絲與弧外送粉TIG電弧增材制造裝置及工藝方法，屬于電弧增材制造領域。

背景技術

TIG電弧增材制造(WAAM)是以電弧作為熱源，絲材作為增材添加材料，實現金屬零件的快速近凈成型，是低成本高效率增材制造技術的重要手段。

TIG電弧增材制造；TIG電弧是利用高頻引弧或脈沖引弧，并在鎢極與工件之間形成一個穩定等離子體導電體，這個等離子導電體我們稱之為TIG電弧。TIG電弧熱源將等速送進的絲材熔化，并過渡到熔池中，其優點在于：具有廣泛的適用性及質量好。但是TIG填絲增材制造受到實心鎢極的限制，往往采用側向送絲方式，當增材制造方向改變時，絲材與電弧的空間位置關系發生改變，使增材制造條件也發生改變，難于保證增材制造過程的條件恒定和質量穩定。

TIG電弧增材制造由于電弧熱的作用，往往使一些元素氧化、燒損及蒸發掉，損失掉的合金元素無法得到補充，所以使零部件的性能滿足不了使用性能要求。

TIG電弧增材制造使用了絲材，由于絲材的制造工藝方法(特別是拉拔工藝方法)的限制，不能在絲材中加入大量的合金元素，否則絲材難于制造，即使勉強制造，也會帶來制造成本的提高，所以TIG電弧熔絲增材制造難于實現高合金含量的零部件制造。

單獨TIG電弧熔絲增材制造工藝方法，難于實現功能梯度結構材料零部件的制造，所以對材料合理使用、結構拓撲優化及最適使用性能的最佳匹配的需求，難于實現。

發明內容

發明目的：

本發明一種同軸弧內送絲與弧外送粉TIG電弧增材制造裝置及工藝方法，其目的是解決以往所存在的問題，實現了四路粉末與絲材的同時和同軸供給，使鎢極(電弧)、絲材及粉末流在空間位置上形成同軸的關系。

技術方案：

一種同軸弧內送絲與弧外送粉TIG電弧增材制造裝置，該裝置包括SiO₂玻璃管、四路送粉噴嘴、鎢極紫銅冷卻體、半裂式空心鎢極和四路送粉通道；

SiO₂玻璃管穿過鎢極紫銅冷卻體，鎢極紫銅冷卻體設置在四路送粉噴嘴內，四路送粉通道設置在四路送粉噴嘴底部；

半裂式空心鎢極的上端伸入鎢極紫銅冷卻體內，SiO₂玻璃管的下端伸入半裂式空心鎢極；

SiO₂玻璃管、半裂式空心鎢極及四路送粉噴嘴采用同軸設計。

鎢極紫銅冷卻體上有水冷通道，水冷通道可以圍繞SiO₂玻璃管(3)。

四路送粉通道輸出四路粉末，四路粉末匯聚處與半裂式空心鎢極維持同軸的關系。

四路送粉通道采用錐臺形設計。

四路送粉噴嘴采用銅材料，且四路送粉噴嘴上部帶有冷卻水通道。

四路送粉噴嘴上部還設置有保護氣通道；鎢極紫銅冷卻體與四路送粉噴嘴之間形成通道，該通道與保護氣通道連通。

該裝置的鎢極端頭從四路送粉噴嘴伸出，SiO₂玻璃管從鎢極端頭縮進去。

鎢極端頭從四路送粉噴嘴伸出長度為2-5mm；SiO₂玻璃管從鎢極端頭縮進去的深度2-5mm。