本發(fā)明涉及電弧熔絲增材制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于電弧熔絲增材制造的氣氛保護裝置，適用于鋁合金、低碳鋼、高碳鋼或高溫合金材料的電弧熔絲增材制造或堆焊。

背景技術(shù)：

電弧熔絲增材制造技術(shù)隸屬于“3D打印”技術(shù)領(lǐng)域，具有設(shè)備成本低、制造成本低、材料利用率高、成形效率高等優(yōu)點。它與焊接技術(shù)類似，對保護氣氛的要求視材質(zhì)而定。

電弧熔絲增材制造薄壁產(chǎn)品的過程主要包括單道多層的成形工藝，焊槍自帶的氣氛保護裝置即可滿足制造過程對保護氣氛的要求；而電弧熔絲增材制造厚壁產(chǎn)品的過程不僅有單道多層的成形工藝，還有多道多層的成形工藝，焊槍自帶的氣氛保護裝置不足以滿足多道多層成形工藝對氣氛保護的要求。

電弧熔絲增材制造鋁合金多道多層成形工藝涉及多道成形層之間的搭接，若氣氛保護不良，在成形層搭接處易產(chǎn)生缺陷，降低材料的強度，嚴(yán)重時出現(xiàn)駝峰現(xiàn)象。這主要是焊槍自帶氣氛保護裝置的保護區(qū)域較小，在第一道單道成形層兩側(cè)易生成氧化膜，這將使下一道成形層與之搭接時形成缺陷。缺陷的形成與氧化層中的氧化物與金屬液體的潤濕性差有關(guān)。這種現(xiàn)象在使用MIG焊機提供變極性交流電源時最為顯著，極易在成形層兩側(cè)出現(xiàn)黑色的氧化層。其實，黑色氧化層的形成原因并不復(fù)雜，主要是由于熔滴過渡過程中飛濺的小金屬液滴暴露在空氣中受到氧化而生成。飛濺金屬小液滴的生成是由于熔滴在重力和表面張力的共同作用下，形成縮頸并爆破，爆破過程將生成大量的金屬小液滴。這在一定程度上破壞惰性保護氣氛，使氣體末端的流動狀態(tài)從層流(如圖1所示)改變到紊流(如圖2所示)，將更多的金屬小液滴暴露在空氣中，加重黑色氧化層的生成。此外，處于紊流狀態(tài)的惰性氣體將空氣卷入熔池，使成形材料中形成大量氣孔，影響材料的力學(xué)性能。

目前，采用自帶氣氛保護裝置的焊槍直接成形時，需要人工清理上述的黑色氧化層。但是這一方面降低電弧熔絲增材制造產(chǎn)品的效率，另一方面增加人工成本。因而，亟需設(shè)計電弧熔絲增材制造鋁合金過程的局部加強氣氛保護裝置解決上述問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于電弧熔絲增材制造的氣氛保護裝置，該裝置擴大了氣氛保護范圍，將黑色氧化層出現(xiàn)的位置向成形層兩側(cè)外推，在氣氛保護范圍足夠大時可以消除該黑色氧化層，減少或消除了氧化層對下一成形層的影響。

本發(fā)明的上述目的通過以下方案實現(xiàn)：

一種用于電弧熔絲增材制造的氣氛保護裝置，包括上座和下座，其中：下座為上下端均為開口結(jié)構(gòu)的空心殼體，所述殼體的上端與上座的下端連接；上座的下端面開設(shè)有多個均勻分布的通孔，構(gòu)成氣篩；上座的上端面和下端面中心均開設(shè)有與焊槍相匹配的通孔，焊槍依次穿過上座上端面和下端面的通孔插入下座的空腔內(nèi)，然后與上座的上端固連；上座的側(cè)壁上開設(shè)有通氣孔，外部進氣管插入所述通氣孔向上座的空腔內(nèi)通入惰性氣體。

上述的用于電弧熔絲增材制造的氣氛保護裝置，下座的下端孔徑大于或等于設(shè)定的氣氛保護區(qū)域直徑。

上述的用于電弧熔絲增材制造的氣氛保護裝置，下座的上端孔徑大于下端孔徑。

上述的用于電弧熔絲增材制造的氣氛保護裝置，在氣篩上鋪設(shè)N層銅網(wǎng)；或者在氣篩上鋪設(shè)金屬泡沫；或者先在氣篩上鋪設(shè)N層銅網(wǎng)，再在所述N層銅網(wǎng)上鋪設(shè)金屬泡沫；其中，N為正整數(shù)且N≥1。

上述的用于電弧熔絲增材制造的氣氛保護裝置，N層銅網(wǎng)依照氣體流經(jīng)的先后順序由密到疏鋪設(shè)在氣篩上，即距氣篩最近的銅網(wǎng)的網(wǎng)孔尺寸最大，即上層的銅網(wǎng)網(wǎng)眼尺寸小于下層銅網(wǎng)的網(wǎng)眼尺寸，且各層銅網(wǎng)之間留有一定的間隙。

上述的用于電弧熔絲增材制造的氣氛保護裝置，通氣孔的中心軸線與上座的內(nèi)表面相切。

上述的用于電弧熔絲增材制造的氣氛保護裝置，上座上端面中心處的通孔側(cè)壁上開設(shè)有環(huán)形槽，用于放置密封圈。

上述的用于電弧熔絲增材制造的氣氛保護裝置，上座上端的側(cè)壁上開設(shè)有螺紋孔，擰入螺絲實現(xiàn)上座與焊槍螺紋固定連接。

上述的用于電弧熔絲增材制造的氣氛保護裝置，上座和下座之間采用螺紋固定連接、卡合或焊接在一起。

上述的用于電弧熔絲增材制造的氣氛保護裝置，外部進氣管插入所述通氣孔后與上座螺紋固定連接或焊接固定。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點：

本發(fā)明的氣氛保護裝置擴大了氣氛保護范圍，將黑色氧化層出現(xiàn)的位置向成形層兩側(cè)外推，在氣氛保護范圍足夠大時可以消除該黑色氧化層，從而基本上消除了多層多道成形層之間的搭接缺陷，并減少了人工清理黑色氧化層的工序，加快了電弧熔絲增材制造速度，實現(xiàn)電弧熔絲增材制造厚壁件的自動化制造。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中焊槍自帶氣氛保護裝置的氣體末端的流動狀態(tài)為層流時的示意圖；

圖2為現(xiàn)有技術(shù)中焊槍自帶氣氛保護裝置的氣體末端的流動狀態(tài)為紊流時的示意圖；

圖3為本發(fā)明用于電弧熔絲增材制造的氣氛保護裝置結(jié)構(gòu)圖；

圖4為本發(fā)明用于電弧熔絲增材制造的氣氛保護裝置中氣篩的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明中上座的橫向剖視圖；

圖6為本發(fā)明用于電弧熔絲增材制造的氣氛保護裝置擴大氣氛保護范圍示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實例對本發(fā)明作進一步詳細的描述：

如圖3所示的氣氛保護裝置結(jié)構(gòu)圖，本發(fā)明用于電弧熔絲增材制造的氣氛保護裝置，包括上座1和下座2，其中：下座2為空心殼體，該殼體的上端與上座1的下端螺紋連接、卡合或焊接在一起。

上座1的內(nèi)部具有空腔13，作為氣氛保護裝置的氣室；上座1的上端面和下端面中心均開設(shè)有與焊槍3相匹配的通孔，焊槍3依次穿過上座1上端面和下端面的通孔插入下座2的空腔內(nèi)，然后與上座1的上端固連。另外，上座1的下端面上開設(shè)有多個均勻分布的通孔，構(gòu)成環(huán)形氣篩12，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。上座1的側(cè)壁上開設(shè)有通氣孔11，外部進氣管4插入該通氣孔11向上座的空腔13內(nèi)通入惰性氣體，該氣體沿上座的內(nèi)壁流動，經(jīng)過氣篩12進入下座2的空腔，然后從下座下端口流出，實現(xiàn)焊接過程中氣氛保護。

其中，為了確保該氣氛保護裝置的氣氛保護范圍，限定下座2的下端孔徑大于或等于設(shè)定的氣氛保護區(qū)域直徑，且下座采用下端口收縮的結(jié)構(gòu)，即下座2的上端孔徑大于下端孔徑，下端收縮用于對氣體進行回攏，確保氣流的層流狀態(tài)。

另外，為了進一步確保氣體流動的均勻性，可以在氣篩12上鋪設(shè)N層銅網(wǎng)；或者在氣篩12上鋪設(shè)金屬泡沫；或者先在氣篩12上鋪設(shè)N層銅網(wǎng)，再在該N層銅網(wǎng)上鋪設(shè)金屬泡沫；其中，N為正整數(shù)且N≥1。其中，N層銅網(wǎng)依照氣體流經(jīng)的先后順序由密到疏鋪設(shè)在氣篩12上，即距氣篩12最近的銅網(wǎng)的網(wǎng)孔尺寸最大，即上層的銅網(wǎng)網(wǎng)眼尺寸小于下層銅網(wǎng)的網(wǎng)眼尺寸，且各層銅網(wǎng)之間留有一定的間隙。

通氣孔11的位置決定了氣體進入氣室的緩急程度和狀態(tài)，為了實現(xiàn)出口處氣體處于層流狀態(tài)，本發(fā)明沿氣室內(nèi)壁的切線方向開設(shè)通孔，即通氣孔11的中心軸線與上座1的內(nèi)表面相切，然后將進氣管焊接或螺接在該通孔內(nèi)，如圖5所示。另一種較簡單的開口方式是沿氣室橫向中心軸線在上座1的側(cè)壁上開設(shè)直孔，作為通氣孔11。

本發(fā)明在上座1上端面中心處的通孔側(cè)壁上開設(shè)有環(huán)形槽，用于放置密封圈，可以實現(xiàn)上座與焊槍上端面間的密封連接。另外，焊槍位置固定后，將焊槍與上座1固連。如圖3所示，在上座1上端的側(cè)壁上開設(shè)有螺紋孔14，擰入螺絲可以實現(xiàn)上座1與焊槍3的螺紋固定連接。

本發(fā)明的氣氛保護裝置的氣氛保護范圍如圖6所示，其中，圖中61代表焊槍自帶的氣氛保護裝置的氣流范圍，62代表本發(fā)明氣氛保護裝置的氣流范圍，從圖中可以看出本發(fā)明可以大大增大氣氛保護范圍。

以上所述，僅為本發(fā)明一個具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。

本發(fā)明說明書中未作詳細描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員的公知技術(shù)。