[发明专利]水陆两用原位电弧增材制造设备及方法

说明书

本发明提供了一种水陆两用原位电弧增材制造设备，其特征在于：包括宽禁带增材电源、潜水送丝机、焊炬、保护装置、机器人、压缩气装置和保护气装置；所述焊炬与机器人连接，以实现机器人带动焊炬移动进行电弧增材操作；所述宽禁带增材电源、潜水送丝机和焊炬依次连接；所述潜水送丝机还与保护气装置连接；所述宽禁带增材电源分别与压缩气装置和保护气装置连接，以实现压缩气装置和保护气装置的打开和关闭。该设备可实现水陆两用，可形成高挺度高速气幕以形成局部干燥空间，便于获取焊丝与母材之间距离，可提高电弧增材制造工艺质量。本发明还提供一种上述设备的电弧增材制造方法，该方法可实现电弧增材自动化操作。

技术领域

本发明涉及电弧增材制造技术领域，更具体地说，涉及水陆两用原位电弧增材制造设备及方法。

背景技术

电弧增材制造具有设备成本低廉、材料利用率高、结构尺寸适应性广等特点，相较于传统制造技术更具有柔性化、个性化的优势，在海洋资源开发、海洋工程建设、船舶装备设计制造以及应急修复等领域具有广阔的应用前景。

按作业位置的不同，应用在海工领域的电弧增材制造可分为水线以上的电弧增材制造与水下电弧增材制造。水线以上的电弧增材制造与常规的陆上增材制造工况类似，可直接应用陆上设备；而水下电弧增材制造则面临海洋环境的考验，复杂的水下工况对电弧稳定性造成显著影响进而决定成形过程以及工艺效果的一致性，其对控制电弧能量的电源及相关设备等具有更高要求。

水下电弧增材制造可分为湿法、干法以及局部干法三种类型。其中，湿法仅通过药芯焊丝进行自保护形式的水下作业而无排水措施，设备简单经济，但存在成型质量差等不足；干法应用压力容器将待焊区域隔离排水，使电弧燃烧环境接近于陆上作业工况，因而具有成型质量高的优点，但其配套设备造价昂贵且施工周期长、效率低；局部干法应用排水装置进行局部排水，使加工区域处于相对干燥的环境，配套设备简单，工位适应性宽，成型质量较好。

水下局部干法综合了湿法和干法的优点，是水下电弧增材制造的优选方法且其采用的局部排水措施使之具备应用于水线以上增材制造作业的可操作性。

现阶段，应用于海洋工程等前述领域的电弧增材制造设备仍存在以下不足：

(一)设备功能单一，难以或无法进行水陆两用；(二)电源为通用陆上Si基焊接电源，性能平庸，功率密度低，电弧能量控制粗放。例如，中国发明专利申请《水下电弧增材制造设备》(公开号：CN 108161173A)，该设备特点是利用防水组件形成局部干燥区域并采用约束件约束熔融金属流动，该设备虽能提高水下电弧增材结构件的成型质量，但采用了非常复杂的防水组件及约束组件，难以实现水陆两用；且该设备未对水下电弧增材采用的电源进行优化设计。

利用微型排水罩形成局部干燥区域是理想的解决办法，例如采用中国发明专利申请《双气流结构局部干法水下机器人焊接微型排水罩》(公开号：CN 106624258A)，该微型排水罩包括内气罩、外气罩和挡水套，在内气罩和外气罩之间形成呈收敛形的收缩喷管腔体，使压缩气体通过收缩喷管腔体后喷射形成高压气幕，从而形成局部干燥区域；挡水套对焊接区域进行保护，减少外部水流对焊接区域造成的影响，避免外部水流冲击气幕而导致气幕失效；但是挡水套对焊丝造成遮挡，并不利于人工观察或视觉感应获取焊丝与母材的距离，因此影响加工效果。

发明内容

为克服现有技术中的缺点与不足，本发明的一个目的在于提供一种实现水陆两用、可形成高挺度高速气幕以形成局部干燥空间、便于获取焊丝与母材之间距离、可提高电弧增材制造工艺质量的水陆两用原位电弧增材制造设备。本发明的另一个目的在于提供一种上述水陆两用原位电弧增材制造设备的电弧增材制造方法，该方法可实现电弧增材自动化操作。

为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：一种水陆两用原位电弧增材制造设备，其特征在于：包括宽禁带增材电源、潜水送丝机、焊炬、保护装置、机器人、压缩气装置和保护气装置；