[发明专利]用于焊接工艺，特别是电弧增材制造工艺的均匀冷却装置

说明书

本发明涉及一种焊接工艺，用于通过逐层涂覆多个彼此重叠的金属材料层(100)来制造部件(10)，其中将所述部件(10)的基底(10a)布置在液态的冷却介质(6)中，从而使得所述冷却介质接触所述基底(6)并且所述基底(6)的表面(10b)布置在冷却介质液位(3)上方，其中在所述表面(10b)上通过将所述材料与所述表面(10b)焊接在一起来涂覆所述材料的第一层(100)，并且其中在由先前涂覆的层(100)形成的暂时的部件表面(10bb)上通过将所述材料与所述暂时的部件表面(10bb)焊接在一起来涂覆相应的后续层(100)，其中由所述冷却介质(6)吸收在焊接所述材料时各自产生的热。此外，本发明涉及一种用于执行所述工艺的装置(1)。

本发明涉及一种焊接工艺以及一种用于执行该焊接工艺的装置。

在WAAM(Wire arc additive manufacturing，电弧增材制造)中，利用已创建的金属保护气体焊(MSG)逐层涂覆金属材料，从而产生3D结构。

这里的问题在于，部件在整个焊接时间中升温，从而使得发生电气条件和热条件的变化、层结构的变化和变形，以及出现回火色。

此外，机械技术的材料特性发生不受控的变化，因为每增加一层都会对之前的层造成热影响。

出于这些原因，此类工艺在技术上非常难以控制。这里特别起作用的是，实际几何形状与计划的设定几何形状有偏差，以及此外往往无法遵照计划的层结构，从而使得各自所使用的焊接过程的重要边界条件也受到干扰(如弧长、干伸长、工具中心点等)。在此，现代化电源的与此相关的控制措施往往导致层结构更加不受控。此外，该技术的生产力严重受以下情况制约，即在每一层或一定数量的层之后必须插入强制暂停以冷却部件。

因此，存在控制散热的必要性，从而使得创造出恒定的条件，恒定的条件允许提前规划成品结构的层结构。

这个目的通过具有权利要求1所述特征的工艺以及具有权利要求15所述特征的装置来实现。

此发明角度的优选实施方案在对应的从属权利要求中给出并且在下文中进行描述。

根据权利要求1公开一种焊接工艺，用于通过逐层涂覆多个彼此重叠的金属材料层来制造部件，其中将部件的基底布置在液态的冷却介质中，从而使得冷却介质接触基底并且基底的表面布置在冷却介质液位上方，也就是说从冷却介质中凸出，其中在基底的表面上通过将材料与基底的表面焊接在一起来涂覆材料的第一层，并且其中在由先前涂覆的材料层形成的暂时的部件表面上通过将材料与该暂时的部件表面焊接在一起来涂覆相应的后续层，其中由冷却介质吸收在焊接材料时各自产生的热。

通过根据本发明的冷却，有利地使得保持机械技术的材料特性成为可能。此外，本发明还允许提高生产速度，因为无需单个层之间的冷却阶段。另外，可将部件的热变形降至最低程度。结果是，由此获得可预测的层结构以及所产生的3D结构中更小的不平整。此外抵抗回火色的产生。

按照根据本发明的工艺的一种优选实施方式设置成，使冷却介质液位变化，特别地升高并且/或者使部件在冷却介质中降低，从而使得冷却介质液位与相应的暂时的部件表面之间的距离处于预定的范围内，特别地是恒定的。

此时，根据一种实施方式设置成，所述距离处于0.1mm至50mm的范围内。

按照根据本发明的工艺的一种实施方式，冷却介质可具有水或者可由水形成。此外，冷却介质可具有以下物质或者可由以下物质形成：油，特别是高温油、低温液化气体。

根据一种实施方式，液态冷却介质在根据本发明的工艺中优选地在一个容器中提供，其中该容器特别地是向上开口的槽。

此外，按照根据本发明的工艺的一种实施方式设置成，在执行工艺期间从冷却介质提取热。为此可将冷却介质从容器中抽出，在一个冷却装置中冷却并且再次导入容器中。为此，替代性地可通过布置在容器中的热交换器从容器中的冷却介质提取热。