[发明专利]一种受控电弧增材过程专用焊枪喷嘴装置

说明书

本发明涉及一种受控电弧增材过程专用焊枪喷嘴装置，其特征在于，包括防护镜片和内部陶瓷喷嘴；本发明通过防护镜片与陶瓷喷嘴一体式设计，使操作者可以对增材过程进行实时观察且实现电弧形态与熔滴过渡实时控制。此外，在喷嘴顶端设计有微形小孔供额外保护气输入以实现熔融金属熔化及凝固过程的双重保护，双重保护作用下焊缝不易氧化且冷却速度更快；采用窄直径内部陶瓷喷嘴设计从而对电弧形成机械约束，外部保护气对内部保护气的压缩作用进一步拘束与压缩电弧，在双重约束作用下令电弧受到控制，从而提高增材时电弧的能量密度，双重气体保护的对流传热加速了陶瓷喷嘴的冷却。

技术领域

本发明涉及电弧增材领域，特别是电弧增材过程控制与保护的装置及方法。

背景技术

电弧增材作为一种以电弧为热源进行增材制造的技术，电弧产热熔化焊丝后进行逐层堆积成形，但是由于电弧作为热源首先会在增材的过程中产生大量有害弧光，对操作者的感觉器官可能会带来极大的损伤，且不利于操作者对电弧增材参数的控制；此外，一些活性金属材料在进行电弧增材的过程中，由于焊枪移动速度过快和冷却速度较慢，可能会导致一些金属材料在增材成形后不能得到很好的气体保护，致使焊缝被氧化影响整体电弧增材成形的质量；并且，电弧作为热源会向周围空间辐射大量的热量还会对已经增材成形后的材料进行重熔与加热，这不仅仅会造成能量的大量浪费，更会使得增材成形的组织变差和陶瓷喷嘴与钨极过热烧损，即需要在电弧增材的过程中，对电弧进行约束与控制并提高其能量利用率。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种受控电弧增材过程专用焊枪喷嘴装置及方法，以解决现在技术中的问题。

根据本发明的第一方面，提供一种受控电弧增材过程专用焊枪喷嘴装置，包括防护镜片和引导保护气与电弧并保护钨机（或者焊丝）的内部陶瓷喷嘴。

优选地，所述防护镜片装置上的镜片为滤光玻璃片，所述内部陶瓷喷嘴材质为耐高温无色石英玻璃。

优选地，所述防护镜片装置下半部分两侧开有两类通孔，一类为满足送丝装置调整角度的椭圆形通孔与之相对的另一侧留有为增材过程中金属沉积的空间而设计的半圆形通孔，且两孔的中心线在一条直线上。

优选地，所述防护镜片与内部陶瓷喷嘴直接相连，并固定在内部陶瓷喷嘴外侧。

优选地，所述内部陶瓷喷嘴通过螺纹与焊枪相连。

优选地，所述引导保护气与电弧并保护钨机（或者焊丝）的内部陶瓷喷嘴为两端头部为圆柱体，圆柱体之间通过圆台进行过度。

优选地，喷嘴顶端设计有多个对称放置的通孔并贯穿整个陶瓷喷嘴。

优选地，内部陶瓷喷嘴底部圆柱部分的直径尽可能的小。

根据本发明的第二方面，提供一种受控电弧增材过程专用焊枪喷嘴装置的使用方法，包括如下步骤。

步骤一：待电弧增材准备就绪，通过螺纹连接把陶瓷喷嘴固定在焊枪上。

步骤二：旋转陶瓷喷嘴使得电弧增材送丝装置穿过防护镜片装置上所述椭圆形通孔。

步骤三：通过陶瓷喷嘴顶端对称的小孔输入额外的保护气体，内部陶瓷喷嘴输入电弧增材需要的保护气体，通过调控两种保护气体输入的流量，使输入到防护镜片与内部陶瓷嘴之间的额外保护气对内部陶瓷喷嘴输入的保护气产生压缩效果。

步骤四：观察电弧增材过程中电弧的形状与熔滴过渡形态并及时调整与控制电弧增材相关的参数，还可通过调控两种保护气体输入的流量以实现对电弧的控制，此外两种保护气的输入形成了气体双重保护与双重冷却作用，用以提高电弧增材成形的质量。

步骤五：熄弧，经过一段时间后停止内部陶瓷喷嘴保护气体的输入，再经过一段时间后停止外部保护气体的输入，电弧增材过程结束。