[发明专利]一种喷嘴同轴自选择多热丝等离子弧金属复合增材方法与装置

说明书

本发明公开了一种喷嘴同轴自选择多热丝等离子弧金属复合增材方法与装置，该喷嘴同轴自选择多热丝焊枪、焊接电源、送丝机构、热丝电源、水循环协调控制装置、热丝电源协调控制装置、丝材协调控制装置和机器人。本发明的装置进行等离子机器人电弧增材制造时，采用不同材质丝材时可直接生产多组分金属间化合物，可按照比例调整金属间化合物成分，实现电弧增材制造直接生产金属间化合物结构件；采用同质丝材增材时，与传统单冷丝等离子弧增材相比，熔敷效率可提升5.0‑6.0倍，该增材方法是一种高效率、多组分、低成本的复合金属材质增材方式。

技术领域

本发明属于电弧增材制造技术领域，涉及一种喷嘴同轴自选择多热丝等离子弧金属复合增材方法与装置

背景技术

和先前“减法”的加工模式不同，以“加法”为基础的增材制造技术在复杂零件的制造上具有独特的节省资源和成本低等优点，在航空航天、国防军工、轨道交通等领域广泛应用。随着行业的发展，对精密仪器和零件的加工速率要求越来越高。

等离子弧增材制造以等离子电弧作为热源，以金属丝材作为填充材料，按设定轨迹层层堆积形成预设形状的构件，具有设备简单、成本低、成型精度高、沉积速度快等优点，是目前丝材电弧增材制造领域中提高钛合金、不锈钢和低碳钢构件成型精度和效率的最佳工艺选择。

热丝工艺即提前对丝材进行预热处理，降低丝材熔化电源所需要提高的的能量，能够熔化更多丝材，提高效率，而且焊缝成形质量好，电弧稳定性高，可以降低母材稀释率。热丝工艺的提出，可以使等离子增材过程中同时熔化多根丝材得以实现。

发明专利一种用于机器人的等离子弧双电源双热丝增材制造方法及装置中(201711349495.9)公开了一种等离子弧双电源双热丝增材制造装置，利用加热电源加热通过双丝送丝装置送出的二根冷丝材，实现双热丝的送给。该方法采用旁路送丝，外置夹具的存在，降低了增材时的空间可达性。发明专利旁路热丝等离子弧焊接装置及焊接方法(201510570906.1)，公开了一种由等离子焊接电源、旁路热丝等离子焊枪、高频引弧器、电流传感器、旁路分流控制模块和控制系统组成的等离子热丝增材装置，采用旁路送丝方式和热丝技术来提高焊丝的熔化效率。但是此种装置只是熔化一根丝材，丝材熔化效率提高有限，可供选择方案的余地较小，而且旁路热丝工艺容易导致等离子电弧不稳，难以实现连续堆焊。如果要同时实现两种以上组分金属件化合物的构件时，这些专利中提到的装置都无法实现，也考虑在现有单丝或者双丝装置基础上增加丝的数量，但是要么外置夹具太多，空间可达性大大降低，很多构件无法完成；要么设备太复杂，难以实现。

发明内容

本发明的目的是提供一种喷嘴同轴自选择多热丝等离子弧金属复合增材方法与装置，进行等离子机器人电弧增材制造时，采用不同材质丝材时可直接生产多组分金属间化合物，可按照比例调整金属间化合物成分；采用同质丝材增材时，与传统单冷丝等离子弧增材相比，熔敷效率可提升5.0-6.0倍，该增材方法是一种高效率、多组分、低成本的复合金属材质增材方式。

为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种喷嘴同轴自选择多热丝等离子弧金属复合增材装置，该装置包括：喷嘴同轴自选择多热丝焊枪、焊接电源、送丝机构、热丝电源、热丝电源协调控制装置、丝材协调控制装置、水循环协调控制装置和机器人构成；其中焊接电源的正负极分别与基板和钨极相连，丝材协调控制装置与送丝机构和机器人控制柜相连，根据机器人控制柜发送的信号调节送丝机构的工作状态和送丝速度；热丝电源协调控制装置与热丝电源和机器人控制柜相连，根据机器人控制柜发送的信号调节热丝电源的工作状态和加热电流；水循环协调控制装置连接进水管和出水管，根据机器人控制柜发送的信号调节工作状态，对送丝通道内部送丝嘴不断冷却；

所述喷嘴同轴自选择多热丝焊枪为多个送丝通道以间隔θ角度圆周排列在等离子焊枪末端的保护气罩的外围上，使每个送丝通道送出的丝材与等离子焊枪焊枪的轴线相交；