[发明专利]用于增材制造焊丝的装置和方法

说明书

公开了使用增材制造技术制造实心焊丝的系统和方法。在一个实施例中，在通过成形或拉伸模具变成最终成品之前，将细粉状材料以压实固体形式或近终形(例如，近终实心焊丝形状)烧结或熔化或软钎焊或冶金结合到金属条基材上。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年12月8日提交的美国专利申请第15/373,230号以及2015年12月18日提交的美国临时专利申请第62/269,247号的优先权和权益。美国专利申请第15/373,230号和美国临时专利申请第62/269,247号的全部内容通过引用并入本文。

背景技术

由于每种类型的焊丝具有其自身的优点和缺点，因此实心焊丝和管状焊丝在市场上共存。

实心焊丝提供了成本优势以及在直径、芯组成、熔敷、螺旋、铸造、焊丝放置、可馈送性、表面化学性质、电弧特性等方面的一致性和精度。然而，实心焊丝成本主要是由主要依赖于规模经济的热轧盘条成本驱动，由于来自钢厂的钢坯原材料的采购障碍，因此使制造商难以以较小批量生产定制实心焊丝。

以芯中的聚结或共混的粉料和围绕该芯的金属护套为特征的管状焊丝优点在于针对较小批量而更改化学组成。然而，当成品管状焊丝直径太小(例如，0.030”或更小)时，管状焊丝难以制造。折叠薄护套的加工硬化可能需要退火。对于非平焊位置焊接(out ofposition welding)而言，可能需要开发协同脉冲波形，以增加其熔化率和金属转移行为。其可能在粉料密度、均匀性、致密度和护套厚度方面有所不同，并可能使空气和水分留存在焊丝内。因此在金属转移和其他焊接特性方面可能不如实心焊丝具有一致性。柱状强度降低可能导致送丝困难。无缝管状焊丝克服了有缝管状焊丝的一些问题，诸如用于镀铜的均匀外表面，并且对驱动辊压力的变形方向不敏感。然而，由于接缝的批量填充和高频焊接，而且由于缓解加工硬化效应所需的批量退火操作，无缝焊丝的生产成本更高。管状焊丝的一个特有问题是存在鼓胀现象，其中在焊丝末端处熔融金属的尺寸增大而大于焊丝直径，并在脱离之前无序地悬垂在焊丝下。被称为熔滴过渡，大概是由于留存的空气膨胀，其产生不稳定性，聚焦的电弧较少，穿透较浅。另一个问题是瞬时熔化速率可能不如实心焊丝那样均匀，因为管状焊丝芯中的粉料的致密度或密度不如实心焊丝的整体金属芯那样均匀。另一个问题是实心护套和粉芯的不均匀加热和熔化，其中外护套可能首先熔化，有时不对称地熔化，并且其中芯材料(例如，碳化钨)落入熔池中未被熔化而呈固体形式并从熔池表面弹出而未被吸收入熔池中。需要能够经济地以实心形式或定制形式生产定制化学品或组成焊丝的系统和方法，以结合实心焊丝和管状焊丝的优点。

发明内容

提供了方法和系统以利用增材制造方法生产具有定制化学品或组成的焊丝(例如，实心焊丝，其他类型的焊丝)，基本上如结合至少一个附图所示和/或描述的，如权利要求书中更完整阐述的。

附图说明

图1示出了根据本公开基于粉料的原料3-D打印到移动条基材上的实施例。

图2示出了根据本公开基于焊丝的原料3-D打印到移动条基材上的实施例。

图3示出了根据本公开采用激光金属沉积(LMD)的实心焊丝的增材制造的实施例。

图4示出了根据本公开采用LMD的实心焊丝的增材制造的实施例。

图5示出了根据本公开在制品(WIP)焊丝加工的实施例。

图6示出了根据本公开的实施例在进一步拉伸和热处理阶段之前从原始条到近终形堆积层以生产成品焊丝的进程。

图7示出了根据本公开在外部和结构化内部(例如，蜂窝结构作为说明的示例)中具有实心蒙皮的打印焊丝的实施例。

图8示出了根据本公开具有内部结构变化或组成变化的纵长图案的打印焊丝的实施例。

图9示出了根据本公开通过拉伸模具拉制的近终形焊丝的实施例。

具体实施方式