[发明专利]一种丝材与喷嘴同体共热等离子弧增材装置与方法

说明书

本发明公开了一种丝材与喷嘴同体共热等离子弧增材装置，该装置包括喷嘴，适配器、钨极、枪体、送丝嘴和保护气罩组成，其中喷嘴上有对称排列在钨极二侧的二根丝材，保护气罩上方有输送丝材的送丝嘴。本发明的装置中二根丝材与钨极位于同一轴线上，减少了焊枪移动式时外置送丝夹具和工件的干涉，增加了增材的空间可达性；二根丝材同时熔化，熔敷速率提高一倍，而且由于送丝孔道与喷嘴集成一体，等离子转移弧通过送丝孔道时，加热喷嘴的热量会被部分用于对送进丝材的加热，从而可以在同一规范下，提高丝材的熔化速度，能够高效快速的实现复杂金属零部件的等离子增材制造。

技术领域

本发明属于电弧增材制造技术领域，主要涉及一种丝材与喷嘴同体共热等离子弧增材装置与方法

背景技术

电弧增材制造技术是相对于传统“减法制造”而新发展的一种“加法制造”方法，等离子电弧增材制造是以等离子弧作为热源，将丝材熔化，按照预先设定好的路径一层一层沉积，直至完成金属零部件的制造。具有成本低、材料利用率高、快速高效的优点，成形金属化学成分均匀、致密度高，适用于低成本小批量的制造大尺寸零部件。

随着航空航天、交通运输、海洋工程等工业的快速发展，对增材制造技术的要求越来越高，传统的等离子单填丝增材制造工艺的生产效率已经不能满足工业的需求。因此，急需一种快速高效的等离子增材制造工艺。双填丝等离子增材制造工艺在相同热输入条件下，同时熔化二根丝材，熔敷效率提高一倍，但是传统送丝方式是二个使用外置夹具固定在焊枪上的送丝嘴分别送丝，设备复杂，空间可达性小。

专利非熔化极电弧与双丝熔化极电弧交叉耦合的焊接方法(申请号201311115174.X)公布了一种多电极耦合交叉焊接方法，将二根连接电源的焊丝从相对的二侧交叉进入非熔化极电弧的正下方，从而将工件上的热输入作用到焊丝上，可以提高能量效率，减小变形和材料性能的改变。但是这种方法设备太复杂，成本较高，不适用于等离子增材制造。专利一种小角度填丝等离子焊接装置及方法(申请号201811517749.8)公布了一种焊丝从喷嘴外侧壁送入后再从喷嘴底部端面送出，以较小的角度直接进入弧柱区的等离子焊接方法。该方法只输送一根丝材，熔敷效率提高有限，而且在喷嘴外侧需要夹具固定导丝管，降低了焊接时的空间可达性且增加了成本。专利一种基于旁路双丝等离子弧的金属间化合物增材制造方法及装置(申请号201810869751.5)公布了一种利用旁路电路对二根旁路丝材加热来提高增材效率的方法。该方法并没有包含送丝方式的具体描述，且采用的旁路热丝方式。该加热方式较为繁琐，电路较复杂，而且利用电流对丝材加热，在焊接时容易造成等离子电弧不稳，难以实现连续的施焊。如何在保证装置不复杂的同时既能提高空间可达性又能提高熔敷效率一直是不断研究探索的重点。

发明内容

本发明的目的是提供一种丝材与喷嘴同体共热等离子弧增材装置与方法，能够在提高等离子增材制造生产效率的同时，解决传统双填丝等离子增材制造工艺空间可达性小的问题。

为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

丝材与喷嘴同体共热等离子弧增材装置，包括：喷嘴、送丝嘴和、适配器、钨极、等离子焊枪和保护气罩组成；等离子焊枪末端的复合外壳内部连接有适配器和喷嘴，复合外壳末端连接有保护气罩，所述钨极的末端在喷嘴内部，所述喷嘴上有对称排列在钨极二侧的第一送丝孔道和的第二送丝孔道，丝材分别由送丝嘴送入，经过第一送丝孔道和第二送丝孔道进入电弧正下方，丝材可通过夹具固定在等离子焊枪上，喷嘴内通道进入离子气，连接在等离子焊枪枪体上的适配器经过保护气，且从喷嘴和保护气罩之间形成的通道进入。

第一送丝孔道和第二送丝孔道与喷嘴集成一体，丝材经过第一送丝孔道和第二送丝孔道进入电弧正下方，送丝末端与钨极位于同一轴线，对称排列分布在钨极二侧。

第一送丝孔道和第二送丝孔道倾斜角为40°～70°。

喷嘴内的第一送丝孔道和第二送丝孔道的直径1.0～1.4mm，丝材直径0.8mm、0.9mm、1.0mm、或者1.2mm。