[发明专利]用于基于焊接工艺的钛及钛合金增材制造的保护装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于增材制造及焊接技术保护装置技术领域，特别是一种用于基于焊接工艺的钛及钛合金增材制造的保护装置及方法。

背景技术

钛及钛合金具有熔点高、无磁性、热膨胀系数低、比强度和比刚度高以及良好的耐蚀性和良好的生物相容性等优异的特性，被主要应用在航空航天、石油化工、核工业、船舰、汽车等重大工业构件上。但钛及钛合金广泛使用受其成本和制造工艺难易程度的约束。一方面，由于钛及钛合金具有较低的热导率，在加工过程容易产生热量积累，软化刀具；特别是钛具有较低的弹性模量，回弹大、易变形，导致在切屑加工制造过程中加剧刀具振动，且其摩擦系数高，进一步增加了在加工钛材料过程中增大刀具与零件的磨损，造成生产成本高。另一方面，钛对大气敏感，在制造过程需要真空环境或隔离空气接触，需要开发相配套的工艺或保护设备，特别是在较高温度下，容易与大气反应，尤其与氮、氢、氧反应，生成有害产物，严重影响制造零件性能。

为了提高资源的利用率，减低能源消耗，增材制造技术得到巨大的发展。熔化极气体保护焊(Gas-metal Arc Welding，GMAW)、钨极气体保护焊(Gas-tungsten Arc Welding，GTAW)、等离子弧焊(Plasma Arc welding，PAW)、激光直接制造技术(Direct Laser Fabrication，DLF)及电子束自由成形(Electron Beam Freeform，EBF3)作为增材制造主要技术手段越来越得到重视。为了降低制造钛及钛合金生产成本，增材制造特别适用于钛及钛合金零件的制造，尤其适用于以增材技术为手段对钛及钛合金失效零件的再制造。但传统焊接钛及钛合金的保护只针对单道直线、多道直线或者简单几何路径，增材制造依据制造零件尺寸要求、逐层累加成形所需零件，所涉及零件尺寸大小不确定、零件形状圆弧、直线交互，通常需要机器人参与完成制造，保护范围需要一定的范围才能有效保护；另一方面，钛及钛合金的增材制造过程逐层累积，热积累持续时间长，垂直高度散热慢，导致增材高度方向高温(＞300℃)持续时间长，极其容易造成制造零件的氧化，利用普通单移动焊接保护拖罩已经不能适用。若实施整体真空室或往制造室里通惰性气体保护，则成本太高，且增材制造通常采用机器人进行制造，所需要的空间大，机器人运动路径受限，不利于制造零件。

因此，传统焊接钛及钛合金保护拖罩存在不能有效对增材制造方向上的保护，而真空室或保护室增材制造钛及钛合金保护范围过大、成本过高，且增材制造机器人运动路径受限等问题，急需解决。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于基于焊接工艺的钛及钛合金增材制造的保护装置及方法，可适用于增材制造的熔化极气体保护焊(Gas-metal Arc Welding，GMAW)、钨极气体保护焊(Gas-tungsten Arc Welding，GTAW)、等离子弧焊(Plasma Arc welding，PAW)、激光直接制造技术(Direct Laser Fabrication，DLF)中，利用该保护装置进行增材制造钛及钛合金零件可使成形零件表面呈银白色，成形内部及表面质量优良。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

本发明提供一种用于基于焊接工艺的钛及钛合金增材制造的保护装置，它包括由上至下依次设置的保护拖罩、上保护基座及下保护基座；

该保护拖罩为一底面敞口的长方形罩体，该敞口的底面覆盖有一层铜网；该罩体顶面开设有焊枪口及送气通道口，该焊枪口周围设有用于卡紧焊枪的焊枪卡扣；

该上保护基座为长方形板体，该板体上表面对应该焊枪口位置设有长槽状的焊接通道，该板体竖向贯穿设有不同角度的保护气孔，该板体侧边横向贯穿设有若干水冷通道；该板体下表面凸出设有长方形的阶梯部；

该下保护基座为底部密封的长方形框体，该框体内壁形状及大小与该阶梯部的外壁形状及大小对应，使得该上保护基座通过该阶梯部卡扣在该下保护基座中；该框体侧边开有保护气接入孔。

所述保护气孔包括内层保护气孔、中层保护气孔及外层保护气孔，分别沿着所述板体的几何中心由内向外分布；该内层保护气孔的轴线与水平方向之间的夹角为钝角；该中层保护气孔的轴线与水平方向垂直，且所述焊枪口位于该中层保护气孔范围内；该外层保护气孔的轴线与水平方向之间的夹角为锐角。

所述焊枪卡扣包括对称设置的夹持部，该夹持部通过固定板固定在所述焊枪口周缘，且该夹持部之间具有调整间隙。

所述罩体顶面靠近所述焊枪口处开设有送丝通道，伸入至送丝保护拖罩内部。