[发明专利]用于制造金属结构的方法和焊接组件及其应用

说明书

为了提出一种改进的、用于制造金属结构(21、21a、21b)的、在制造的过程速度、金属结构的材料组成、所产生的金属结构的制造精度和质量方面允许高度灵活性的方法，根据本发明规定，向金属基体材料(G)上的焊接部位(S)输送第二金属添加剂(ZSb)，所述第二金属添加剂至少借助在第二电极和基体材料之间产生的第二电弧(11b)被熔化以用于在焊接部位(S)上制造第二焊缝(10b)，在此将不同的材料用作第一金属添加剂(ZSa)和作为第二金属添加剂(ZSb)并且按时间顺序将第一金属添加剂和第二金属添加剂输送到焊接部位(S)并且在焊接部位(S)的区域内在相应燃烧的第一或者第二电弧(11a、11b)中熔化，以构成三维金属结构。

技术领域

本发明涉及一种用于在金属基体材料上自动化地制造三维金属结构的方法，其中，将第一金属添加剂输送到焊接部位，所述第一金属添加剂至少借助在第一电极和基体材料之间产生的第一电弧被熔化以用于在焊接部位上制造第一焊缝并且向焊接部位输送激光束。此外，本发明涉及一种焊接组件，其具有光学器件、具有带有第一电极的第一焊炬、具有用于将第一金属添加剂输送至焊接部位的第一输送装置并且具有用于控制焊接装置的至少一个控制单元，以及本发明涉及使用焊接组件在金属基体材料上制造三维金属结构的一种应用。

背景技术

目前在现有技术中有许多常用的焊接方法。例如金属保护气体焊接工艺(MSG)是多年来已知的。其中例如包括金属惰性气体方法(MIG)亦或金属活性气体方法(MAG)，在所述方法的情况下，由金属电极材料制成的熔化电极被所谓的保护气体围绕。金属保护气体焊接工艺通常要么用于将焊缝施加到基体材料上(堆焊)，要么用于连接两种基体材料(搭焊)。在两种情况下均借助电压或者从中产生的电流点燃在电极和基体材料之间的电弧，该电弧熔化电极和基体材料的包围电极的区域，由此建立材料锁合连接。通常将与用于基体材料的相同的或者类似的材料用作电极材料。将电极以特定的电极进给速度输送到焊接部位，其中，电极进给速度能够固定地预先给定(例如在用手手动焊接的情况下)亦或能够与其它参数有关(例如与电极相对于基体材料运动的焊接速度有关或者与电流等有关)。

保护气体用于，将电弧和熔体的区域与大气隔离，以基本避免氧化。作为保护气体要么使用惰性气体(MIG)、要么使用活性气体(MAG)。惰性气体(例如氦气(He)或者氩气(Ar))是不会与熔体发生化学反应的气体。MIG方法主要用于有色金属和高合金钢。活性气体(例如二氧化碳(CO₂)或者氧(O))是用于有意地改变熔体的组成的反应性气体。优选地将它们用于非合金和低合金钢。

一种另外的焊接方法是所谓的钨极惰性气体焊接(WIG焊接或者在英语惯用语中称为Tungsten Inert-Gas Welding(TIG))。与上述的MSG方法相反，在WIG方法的情况下使用具有极高熔点的钨电极，使得电极在焊接的情况下不会熔化。与此相应地将焊接添加料单独地以焊丝的形式输送到焊接部位。焊接添加料在电弧中熔化，该电弧在钨电极和基体材料之间燃烧。作为保护气体使用与在MIG方法中类似的惰性保护气体。

此外也有所谓的激光焊接，其不仅用于堆焊、而且也用于搭焊。在此借助高效的光学器件向工件输送激光束，该激光束经由热输入使工件局部熔化。与WIG方法类似地，在激光堆焊的情况下向焊接部位输送例如呈焊丝形式的添加剂。

一种另外的焊接方法是所谓的激光混合焊接，在所述激光混合焊接的情况下将MSG焊接过程与激光焊接过程相结合。在此，激光用作对于MSG过程的电弧的辅助，即用于提高进入工件中的和/或进入添加材料中的热输入。

过去大多是手工进行焊接，如今基于可供使用的自动化技术通常使用焊接机器人，借助所述焊接机器人快速且精确地制造焊缝是可行的。但是由此不仅能够将各个焊缝焊接到工件上，而且也能够与3D打印类似地创建整个三维结构，其方式为：分层地施加各个焊缝。当然这也能够手动进行，但是为了尽可能高的精确性，这优选地在计算机控制下执行。这种过程也称为增材制造(Additive Manufacturing，AM)或者丝材电弧增材制造(WireArc Additive Manufacture，WAAM)。