[發明專利]一種三絲等離子弧增材制造裝置及方法

有效

• 申請號: 202110064180.X
• 申請日: 2021-01-18
• 公開（公告）號: CN112894102B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 陳希章;姚秀聰;沈晴凱;辛賀陽
• 申請（專利權）人: 溫州大學
• 主分類號: B23K10/02
• 分類號: B23K10/02;B33Y10/00;B33Y30/00
• 代理公司: 溫州聯贏知識產權代理事務所(普通合伙) 33361
• 代理人: 慈程麟

本發明公開了一種三絲等離子弧增材制造的方法，該裝置包括六軸智能機器人，上位機，二軸變位機、機器人控制柜、示教器、焊接系統、熱絲式送絲系統、超聲復合裝置及其夾具等，其方法主要是采用三臺送絲機送給絲材，電阻加熱的原理對焊絲進行熱絲，可以實現相同或不同規格不同材質的焊絲進給的等離子弧增材制造。在焊槍的一側設有超聲沖擊機去應力機構，可自動或手動，同時或分時對金屬表面進行處理。本發明實現了三絲熱填絲的等離子弧增材制造的不同組合方式，為增材異材交織結構的零部件增加了更多的可能性。解決了增大焊接電流，提高融化速度時對母材熱輸入過高的矛盾以及焊縫應力分布不均勻，殘余應力大，成形效率低等問題。

技術領域

本發明涉及一種增材制造技術領域，特別是涉及一種用于三絲等離子弧增材制造裝置，還涉及一種三絲等離子弧增材制造裝置的方法。

背景技術

等離子弧增材制造，由于絲材+等離子弧增材制造成本低，效率高，原料利用率高，可打印大尺寸部件等優勢成為具有前景的增材制造的方式之一。在等離子弧增材制造中，由于電弧熱源的特點和填絲速度的限制，使其絲材的熔敷速度相對于熔化極電弧較低，若增大焊接電流則會引起母材基板過熱而發生變形從而影響焊接的精度和性能。在等離子弧增材制造中，增材兩種或多種材料交織的特殊功能型零部件的研究鮮有報道。

疲勞破壞是焊接結構最常見的破壞形式，至今焊接結構的疲勞事故仍廣泛存在。目前方式的焊接結構的焊縫附近應力分布無法完全避免。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的上述不足，提高一種三絲等離子弧增材制造裝置及方法，解決了高速增材制造過程中由冷填絲和單送絲或雙送絲帶來的熔敷效率低，成形速度慢的問題，提高增材金屬零件的精度等。

為達到上述目的，本發明提供了一種三絲等離子弧增材制造裝置，其特征在于：包括六軸協同智能機器人、上位機、二軸傾翻旋轉式工作臺、機器人控制柜、示教器、焊接系統、熱絲式送絲系統、超聲復合裝置及相關夾具；所述送絲系統包括熱絲機和三臺送絲機組成，所述焊接系統包括等離子焊接電源、等離子發生器、等離子焊槍和冷卻水箱，所述等離子焊槍固定設置于六軸協同智能機器人上。

作為上述方案的進一步設置，所述的三臺送絲機與熱絲機組合構成三絲熱填絲機構，所述三絲熱填絲機構還包括固定于等離子焊槍上的送絲嘴A、送絲嘴B、送絲嘴C。

作為上述方案的進一步設置，所述超聲復合裝置包括超聲沖擊機電源和超聲沖擊槍，所述的超聲沖擊槍通過工裝集成在六軸協同智能機器人端部的等離子焊槍一側，與超聲沖擊電源機箱相連設置。

作為上述方案的進一步設置，所述的熱絲機包括連接設置有兩根熱絲導線，所述的兩根熱絲導線一端與熱絲電源分正負極相連設置，另一端分別與送絲導嘴連接以及焊接工件連接，所述送絲導嘴與焊接工件之間絕緣設置。

作為上述方案的進一步設置，所述熱絲機的電流調節范圍為0-180A，所述等離子焊槍的采用鎢極針直徑設置為1.0～5.0mm，內縮量為1～2mm，噴嘴口徑為2.87mm。

作為上述方案的進一步設置，所述送絲嘴A、送絲嘴B、送絲嘴C，角度方位可調設置，送絲嘴A、送絲嘴B并列設置，其夾角設置為20°到30°，送絲嘴C與送絲嘴A、送絲嘴B相對放置，其位置位于送絲嘴A、送絲嘴B夾角的角平分線處延長處。

一種用于上述一種三絲等離子弧增材制造裝置的方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，堆敷前，調整送絲嘴A和送絲嘴B的位置，使兩個送絲嘴送出的絲材的末端交點處位于工作平臺上的基板的正上方，等離子焊槍的正下方，調整送絲嘴C的位置，使其送出的絲材與送絲嘴A和送絲嘴B的交點相交，然后微調各送絲嘴上的旋鈕，使每個送絲嘴送出的絲材都能在同一熔池中熔化，焊絲的交點與等離子焊槍之間的距離為2.5mm左右，工作時等離子焊槍與基板或需要焊接的表層距離為6-8mm；