[发明专利]一种同轴送丝送粉熔化极电弧增材制造装置与工艺

说明书

一种同轴送丝送粉熔化极电弧增材制造装置与工艺，供焊丝（1）穿过的中心体穿过四路送粉喷嘴（7）的中心，焊丝（1）、中心体与四路送粉喷嘴（7）采用同轴设计，四路送粉喷嘴（7）与外界送粉器相连，且围聚于中心体（3）周围，四路送粉喷嘴（7）内的送粉通道（6）采用锥台设计，中心体（3）与四路送粉喷嘴（7）之间形成保护气体通道（9）；四路送粉喷嘴（7）上设置有冷却水通道（5）。四路送粉喷嘴设计使合金粉末匀称汇聚于熔池上方，使沉积层成形更加均匀，且合金粉末通过吸收电弧热量熔化，降低了打印过程中热输入过大导致的打印层塌陷，熔池下流等缺陷的产生。

技术领域

本发明为一种同轴送丝送粉熔化极电弧增材制造装置与工艺，属于电弧增材制造领域。

背景技术

电弧增材制造(WAAM)是以电弧作为热源，焊丝作为增材材料，快速成型出致密度高、力学性能好的金属复杂几何构件，缩短产品的生产周期，极大提高材料的利用率及生产效率，提高制造技术的核心竞争力。

MIG/MAG/CMT电弧增材制造：熔化极气体保护电弧是采用连续等速送进可熔化的焊丝与被焊工件之间的电弧作为焊接热源来熔化焊丝和母材，形成熔池。其优点在于：具有广泛的适应性；采用焊丝作为电极，可选择较大电流，生产效率高。

电弧增材制造由于电弧热的作用，往往是一些元素氧化、烧损及蒸发掉，所以使零部件的性能满足不了使用性能要求。通过合金粉末的供给，弥补增材制造过程中合金元素的氧化、烧损及蒸发，保证电弧增材制造零部件使用性能的稳定。

电弧增材制造有使用了焊丝，由于焊丝的制造工艺(特别是拉拔工艺)的限制，不能在焊丝中加入大量的合金元素，否则焊丝难于制造。所以电弧熔丝增材制造难于实现高合金含量的零部件制造。该方法通过同轴送入合金粉末，可实现大范围合金成分的调节。

单独电弧熔丝增材制造工艺，由于难于实现功能梯度结构材料零部件的制造，所以对材料合理使用、结构拓扑优化及最适使用性能实现，基本难于完成。通过四路同轴送粉装置，可以同时满足最多四种不同成分合金粉末按着不同的送粉量进行供给，可以方便容易实现功能梯度结构材料零部件的制造。

查阅国内外现有的电弧3D打印装置的相关文献，目前，电弧增材制造方法包括：同轴、旁轴单双丝电弧3D打印，未发现单丝电弧四路送粉3D打印装置与工艺方法，多丝电弧3D打印虽然丝材利用率较高，但其打印稳定性较差，多丝热源数量较多，使其热输入过大，所产生的热应力变形较大。

发明内容

发明目的：

本发明一种同轴送丝送粉熔化极电弧增材制造装置与工艺，其目的是解决以往所存在的问题。

技术方案：

一种同轴送丝送粉熔化极电弧增材制造装置，供焊丝(1)穿过的中心体穿过四路送粉喷嘴(7)的中心，焊丝(1)、中心体与四路送粉喷嘴(7)采用同轴设计，四路送粉喷嘴(7)与外界送粉器相连，且围聚于中心体(3)周围，四路送粉喷嘴(7)内的送粉通道(6)采用锥台设计，中心体(3)与四路送粉喷嘴(7)之间形成保护气体通道(9)；四路送粉喷嘴(7)上设置有冷却水通道(5)。

中心体为导电嘴(3)，导电嘴(3)的中心穿过焊丝(1)。

保护气入口(4)与外界保护气体相连，冷却水通道(5)与外界水冷系统相连，四路送粉喷嘴(7)采用紫铜材料。

利用上述的一种同轴送丝送粉熔化极电弧增材制造装置所实施的制造工艺，其特征在于：该工艺适用于MIG、MAG及CMT电弧增材制造，通过送粉器进行调节送粉量，送粉量调节范围0-150g/min，粉末粒度范围10-200μm。

优点效果：

本发明具体优点如下：