[发明专利]一种等离子电弧增材制造装置及方法

说明书

本发明公开了一种等离子电弧增材制造装置及方法，装置包括丝粉结合等离子复合电弧枪体；所述丝粉结合等离子复合电弧枪体由内到外依次包括内腔体、水冷腔体、保护气腔体，所述内腔体中设有钨极，所述水冷腔体和保护气腔体通过夹层隔开，所述夹层内设有送丝通道和送粉通道。本申请以丝材为主，粉材为辅，利用粉材来进行工艺和组织性能调控，有效提高等离子电弧增材制造的成形质量和成形性能，设计的等离子电弧增材制造装置将送丝通道与送粉通道相结合组成一个复合结构的电弧枪，结构紧凑、便于操作。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，具体涉及一种等离子电弧增材制造装置及方法。

背景技术

钛合金具有密度低、强度高的优点，同时，钛合金具有良好的耐腐蚀性以及高温力学性能，被广泛地制造航空航天、石油化工、汽车制造、冶金行业中的关键结构件。然而，钛合金容易氧化，使用传统的加工方式制造钛合金构件时，制造的工艺往往比较复杂，且生产效率低、成本高、成品率低。近年来，随着等离子电弧增材制造技术的发展，利用等离子电弧增材制造技术来制造钛合金构件成为一种可能，越来越多的学者或研究机构都开始着力于等离子电弧增材制造钛合金构件相关领域的研究。

由于等离子电弧增材制造成形构件完全由堆积金属构成，堆积金属的组织与性能直接取决于堆积所使用材料的化学成分。当前主要用于钛合金等离子电弧增材制造的材料主要为单一的丝材或者单一的粉材。所使用的钛合金丝材一般为拉拔焊丝，其虽然成本低，但是加工工序复杂、丝材化学成分调整复杂；而在利用粉材进行等离子增材制造时，由于等离子电弧增材制造对粉材的粒度、流动性和化学成分都有严格的要求，粉材的制造成本昂贵，且利用粉材堆积得到的钛合金构件的致密性较低，因此，现阶段并无有效的方式实现钛合金高性能的等离子电弧增材制造。

发明内容

为了解决上述背景技术中所提出的问题，本发明的目的在于提供一种等离子电弧增材制造装置及方法。本申请以丝材为主，粉材为辅，利用粉材来进行工艺和组织性能调控，有效提高等离子电弧增材制造的成形质量和成形性能，设计的等离子电弧增材制造装置将送丝通道与送粉通道相结合组成一个复合结构的电弧枪，结构紧凑、便于操作。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：一方面，本发明提供了一种等离子电弧增材制造装置，包括丝粉结合等离子复合电弧枪体；

所述丝粉结合等离子复合电弧枪体由内到外依次包括内腔体、水冷腔体、保护气腔体，所述内腔体中设有钨极，所述水冷腔体和保护气腔体通过夹层隔开，所述夹层内设有送丝通道和送粉通道。

进一步地，所述内腔体为中空圆柱腔体，所述钨极位于内腔体的中心轴线上，所述钨极的一端与等离子电弧电源相接。

进一步地，所述送丝通道的数量为一个，所述送粉通道的数量为三个，四个通道呈90°分布。

进一步地，所述送丝通道送丝方向与丝粉结合等离子复合电弧枪体中心轴线的夹角为45°～60°；所述送粉通道送粉方向与丝粉结合等离子复合电弧枪体中心轴线方向的夹角为45°～60°。

进一步地，所述送丝通道所适用的丝材的直径为0.8～1.6mm；所用送粉通道所适用的粉材的粒度为60～80目。

进一步地，所述内腔体通过通入工作气体，用于形成钨极与工件之间的等离子弧。

进一步地，所述水冷腔体通过加入循环冷却水形成热压缩作用，压缩电弧。

进一步地，所述保护气腔体通过通入保护气体，对整个等离子电弧增材制造过程进行保护。

另一方面，本发明提供了一种基于上述任一所述的等离子电弧增材制造装置的增材制造方法，包括以下步骤：

1)根据堆积成形构件的化学成分和力学性能要求，确定堆积金属的化学成分，之后，根据合金化公式确定所需丝材、粉材的种类以及含量，其中丝材的直径为0.8～1.6mm，所用粉材的粒度为60～80目；