[发明专利]一种同轴弧内送丝与弧外送粉TIG电弧增材制造装置

说明书

一种同轴弧内送丝与弧外送粉TIG电弧增材制造装置，该装置包括SiO₂玻璃管、四路送粉喷嘴、钨极紫铜冷却体、半裂式空心钨极和四路送粉通道；通过四路送粉通道，最多可实现四种不同成分合金粉末的供给，并且各送粉通道的送粉量可调节，易实现功能梯度结构材料零部件的增材制造，使增材制造零部件的材料、结构及使用性能达到最适匹配。

技术领域

本发明为一种同轴弧内送丝与弧外送粉TIG电弧增材制造装置及工艺方法，属于电弧增材制造领域。

背景技术

TIG电弧增材制造(WAAM)是以电弧作为热源，丝材作为增材添加材料，实现金属零件的快速近净成型，是低成本高效率增材制造技术的重要手段。

TIG电弧增材制造；TIG电弧是利用高频引弧或脉冲引弧，并在钨极与工件之间形成一个稳定等离子体导电体，这个等离子导电体我们称之为TIG电弧。TIG电弧热源将等速送进的丝材熔化，并过渡到熔池中，其优点在于：具有广泛的适用性及质量好。但是TIG填丝增材制造受到实心钨极的限制，往往采用侧向送丝方式，当增材制造方向改变时，丝材与电弧的空间位置关系发生改变，使增材制造条件也发生改变，难于保证增材制造过程的条件恒定和质量稳定。

TIG电弧增材制造由于电弧热的作用，往往使一些元素氧化、烧损及蒸发掉，损失掉的合金元素无法得到补充，所以使零部件的性能满足不了使用性能要求。

TIG电弧增材制造使用了丝材，由于丝材的制造工艺方法(特别是拉拔工艺方法)的限制，不能在丝材中加入大量的合金元素，否则丝材难于制造，即使勉强制造，也会带来制造成本的提高，所以TIG电弧熔丝增材制造难于实现高合金含量的零部件制造。

单独TIG电弧熔丝增材制造工艺方法，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的最佳匹配的需求，难于实现。

发明内容

发明目的：

本发明一种同轴弧内送丝与弧外送粉TIG电弧增材制造装置及工艺方法，其目的是解决以往所存在的问题，实现了四路粉末与丝材的同时和同轴供给，使钨极(电弧)、丝材及粉末流在空间位置上形成同轴的关系。

技术方案：

一种同轴弧内送丝与弧外送粉TIG电弧增材制造装置，该装置包括SiO₂玻璃管、四路送粉喷嘴、钨极紫铜冷却体、半裂式空心钨极和四路送粉通道；

SiO₂玻璃管穿过钨极紫铜冷却体，钨极紫铜冷却体设置在四路送粉喷嘴内，四路送粉通道设置在四路送粉喷嘴底部；

半裂式空心钨极的上端伸入钨极紫铜冷却体内，SiO₂玻璃管的下端伸入半裂式空心钨极；

SiO₂玻璃管、半裂式空心钨极及四路送粉喷嘴采用同轴设计。

钨极紫铜冷却体上有水冷通道，水冷通道可以围绕SiO₂玻璃管(3)。

四路送粉通道输出四路粉末，四路粉末汇聚处与半裂式空心钨极维持同轴的关系。

四路送粉通道采用锥台形设计。

四路送粉喷嘴采用铜材料，且四路送粉喷嘴上部带有冷却水通道。

四路送粉喷嘴上部还设置有保护气通道；钨极紫铜冷却体与四路送粉喷嘴之间形成通道，该通道与保护气通道连通。

该装置的钨极端头从四路送粉喷嘴伸出，SiO₂玻璃管从钨极端头缩进去。

钨极端头从四路送粉喷嘴伸出长度为2-5mm；SiO₂玻璃管从钨极端头缩进去的深度2-5mm。