[发明专利]金属构件电弧填丝增材制造实时降温装置与方法

说明书

本发明提供一种金属构件电弧填丝增材制造实时降温装置与方法，该装置包括冷却罩、气流缓冲装置、升降装置等，气流缓冲装置可保证通入的低温冷却气体均匀分布在堆积层上，通过调节前、后滑动金属挡板，可有效调节堆积层的冷却范围，金属构件电弧填丝增材制造实时降温方法如下：提前在冷却罩内通入低温冷却气体，成形前n层时，每成形一层，将焊枪和前、后滑动金属挡板提升切片高度h，冷降温装置降低h，成形剩余层时，每成形一层，仅将焊枪提升h，本发明方法提出的金属构件电弧填丝增材制造实时降温装置与方法可有效调节堆积层的冷却范围，并提高堆积层的冷却效率，同时解决了传统电弧填丝增材制造热积累严重的难题。

技术领域

本发明属于电弧填丝增材制造技术领域，具体涉及一种金属构件电弧填丝增材制造实时降温装置与方法。

背景技术

电弧填丝增材制造是采用焊接电弧作为热源，金属丝材为填充材料，逐层制造成形全焊缝的金属构件。该技术的最大优势是设备成本低、堆积效率高，因而在航空航天、国防军工等领域的大尺寸金属构件的制造上具有广阔的应用前景。

但是电弧填丝增材制造在保持高堆积效率的同时，也不可避免的存在电弧热输入大、堆积过程热积累严重的问题，这种现象在多层单道薄壁构件的制造时，更为突出。堆积件的热积累严重，导致堆积过程熔池散热变差及凝固时间增加、熔池形状难以控制，堆积层冷却速率下降，甚至引起成形件的组织粗大、性能恶化及服役性能下降等一系列难题。目前，解决这一技术难题的方法主要有以下几种：①尽量采用小工艺参数；②增大层间等待时间，待层间温度降至设定值时，然后开始堆积下一层；③在成形基板上通入循环冷却水，使基板及堆积层降温。但是，上述方法①和②会降低电弧填丝增材制造的成形效率，方法③仅在堆积前几层时效果明显，随金属构件堆积高度的增加，热积累严重的问题同样突出。因此，上述方法存在一系列缺点，有必要进行改进。

中国专利申请号：201510765786.0名为“一种焊接时焊缝实时保护罩”的专利提供了一种焊接时焊缝实时保护罩，但该装置仅适合焊接过程，无法用于电弧增材制造堆积层的保护并调节保护范围，也无法降低堆积层的热积累。为此，亟需提出一种金属构件电弧填丝增材制造实时降温装置与方法，以解决电弧填丝增材制造过程热积累严重引起的成形质量差的技术难题。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于解决电弧填丝增材制造过程热积累严重引起的成形质量差的技术难题，提供一种金属构件电弧填丝增材制造实时降温装置与利用该装置进行降温的方法。

为实现上述发明目的，本发明提供技术方案如下：

一种金属构件电弧填丝增材制造实时降温装置，包括由顶板、前封装板、后封装板、左侧板、右侧板围成的冷却罩，所述顶板上设有金属杆、以及连通至冷却罩的第一进气管、第二进气管，第一进气管和第二进气管用于向冷却罩内通入低温冷却气体，所述前封装板和后封装板的下端均设有矩形窗口，矩形窗口的宽度为W，高度为H，用于防止堆积层与前封装板和后封装板发生碰撞，前封装板和后封装板的左右两侧均纵向设置有波浪形导轨，前封装板的波浪形导轨上滑动连接有可上下滑动的前滑动金属挡板，后封装板的波浪形导轨上滑动连接有可上下滑动的后滑动金属挡板，前滑动金属挡板和后滑动金属挡板用于阻挡冷却罩内的低温冷却气体外流，所述波浪形导轨用于调节前滑动金属挡板和后滑动金属挡板对金属构件堆积高度的保护范围，所述前滑动金属挡板和后滑动金属挡板的中下部均设有矩形块，矩形块中放置有两端各固定一个钢珠的弹簧，弹簧用于将钢珠紧压在波浪形导轨的凹槽内，完成前滑动金属挡板和后滑动金属挡板的自锁，前滑动金属挡板和后滑动金属挡板的顶部为翻折的手持部，用于手动控制前滑动金属挡板和后滑动金属挡板的升降；