[发明专利]一种氩弧焊送丝铺块一体化增材制造工艺与装备

说明书

本发明公开了一种氩弧焊送丝铺块一体化增材制造工艺与装备。该方法采用铺块方式实现复杂构型件熔敷材料的送给，将送丝与铺块集成，基于单一零件异种结构，对特殊区域进行适配性划分，其工艺具体包括：送丝增材成形、铺块增材成形、送丝+铺块联合增材成形。该装备包括TIG焊机、铺块机构、送丝机构及中央控制器，构建了一体化增材制造系统，各部件由中央控制器统一调配。本发明克服了TIG电弧增材制造技术成形效率低与特殊区域送进丝材受限的难题，增材方式灵活多变，能够普遍适用于复杂几何构型件高效率、高精度的增材制造。

技术领域：

本发明属于电弧增材制造领域，具体涉及一种氩弧焊送丝铺块一体化增材制造工艺与装备。

背景技术：

电弧填丝增材制造技术(Wire Arc Additive Manufacturing，WAAW)是一种以电弧作为热源，通过不断熔化丝材，逐层堆积成形的增材制造技术，具有熔敷率大、生产周期短、成本低等优点。目前，电弧增材制造常见的热源主要为TIG和MIG。相对于MIG增材，TIG增材时钨级不熔化，增材过程稳定、无飞溅、成形精度高。但是，由于钨级承载电流能力有限，成形效率受限。同时，传统的TIG增材采用熔敷送进丝材的方式成形构件，对于送丝困难的复杂结构适配性低。

氩弧焊送丝铺块一体化增材制造技术是在传统TIG电弧增材制造技术的基础上，针对其成形效率低与特殊区域送进丝材的限制，进一步提出的新方法。采用铺块方式实现复杂构型件熔敷材料的送给，将铺块与送丝集成，构成了高效率的一体化增材系统，此技术具有重要的研究和应用意义。

发明内容：

本发明的目的是针对上述现有TIG电弧增材制造技术存在的缺陷，提供一种氩弧焊送丝铺块一体化增材制造工艺与装备，以实现高精度、高效率的增材制造。

为了达到上述目的，本发明提供的一种氩弧焊送丝铺块一体化增材制造工艺与装备，所述氩弧焊送丝铺块一体化增材制造装备包括TIG热源，供气系统，供水系统，送丝机构，铺块机构以及中央控制器；各部件控制系统集成于一体，由中央控制器统一调节，通过设置中央控制器程序，可单独送丝成形，可单独铺块成形，也可送丝+铺块联合成形。

成形件制造区域智能划分：基于一定零件的异种结构，对不同特征区域进行适配性划分，分区采用不同工艺。例如，针对便于送丝的简单区域，采用送丝方式送给熔敷材料；针对难于送丝的复杂区域，采用铺块方式铺置熔敷材料；针对大尺寸构型区域，采用送丝+铺块联合方式提供熔敷材料，以提高成形效率。

电弧增材制造成形工艺：将基板固定在工作台上，焊枪中心轴线与基板表面夹角定为60-90°，丝材与基板表面的夹角定为50-70°，TIG电弧按预定路径熔敷丝材或块材，逐层成形构件，增材过程中未使用部件(如送丝机构、铺块机构)由中央控制器提至一旁。

具体地，块状材料成形，根据成形件的几何构型选取适宜尺寸模具，将粉料放入模具中，施加一定压力，使粉料压紧形成特定块材。

进一步地，所述的铺块方式采用机械手进行自动放置。

进一步地，所述的TIG电弧，起弧前，提前送气1.5-4s，以排除气管内和焊接区的空气，熄弧后，滞后5-15s停气，以保护尚未冷却的钨级熔池。

进一步地，所述的TIG电弧熔敷块材，成形结束后，通过机械振动，使未熔敷的粉材散开，以免影响成型件的精度和性能。

进一步地，焊枪移动与丝材送进同时协调进行，冷却水与保护气同步送进。

本发明具有如下有益效果：