用于基于焊接工藝的鈦及鈦合金增材制造的保護(hù)裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于增材制造及焊接技術(shù)保護(hù)裝置技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種用于基于焊接工藝的鈦及鈦合金增材制造的保護(hù)裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鈦及鈦合金具有熔點(diǎn)高、無磁性、熱膨脹系數(shù)低、比強(qiáng)度和比剛度高以及良好的耐蝕性和良好的生物相容性等優(yōu)異的特性，被主要應(yīng)用在航空航天、石油化工、核工業(yè)、船艦、汽車等重大工業(yè)構(gòu)件上。但鈦及鈦合金廣泛使用受其成本和制造工藝難易程度的約束。一方面，由于鈦及鈦合金具有較低的熱導(dǎo)率，在加工過程容易產(chǎn)生熱量積累，軟化刀具；特別是鈦具有較低的彈性模量，回彈大、易變形，導(dǎo)致在切肩加工制造過程中加劇刀具振動(dòng)，且其摩擦系數(shù)高，進(jìn)一步增加了在加工鈦材料過程中增大刀具與零件的磨損，造成生產(chǎn)成本高。另一方面，鈦對(duì)大氣敏感，在制造過程需要真空環(huán)境或隔離空氣接觸，需要開發(fā)相配套的工藝或保護(hù)設(shè)備，特別是在較高溫度下，容易與大氣反應(yīng)，尤其與氮、氫、氧反應(yīng)，生成有害產(chǎn)物，嚴(yán)重影響制造零件性能。
[0003]為了提高資源的利用率，減低能源消耗，增材制造技術(shù)得到巨大的發(fā)展。熔化極氣體保護(hù)焊(Gas-metal Arc Welding，GMAW)、媽極氣體保護(hù)焊(Gas-tungsten Arc Welding,GTAW)、等離子弧焊(Plasma Arc welding，PAW)、激光直接制造技術(shù)(Direct LaserFabricat1n，DLF)及電子束自由成形(Electron Beam Freeform，EBF3)作為增材制造主要技術(shù)手段越來越得到重視。為了降低制造鈦及鈦合金生產(chǎn)成本，增材制造特別適用于鈦及鈦合金零件的制造，尤其適用于以增材技術(shù)為手段對(duì)鈦及鈦合金失效零件的再制造。但傳統(tǒng)焊接鈦及鈦合金的保護(hù)只針對(duì)單道直線、多道直線或者簡(jiǎn)單幾何路徑，增材制造依據(jù)制造零件尺寸要求、逐層累加成形所需零件，所涉及零件尺寸大小不確定、零件形狀圓弧、直線交互，通常需要機(jī)器人參與完成制造，保護(hù)范圍需要一定的范圍才能有效保護(hù)；另一方面，鈦及鈦合金的增材制造過程逐層累積，熱積累持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，垂直高度散熱慢，導(dǎo)致增材高度方向高溫(> 300°C )持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，極其容易造成制造零件的氧化，利用普通單移動(dòng)焊接保護(hù)拖罩已經(jīng)不能適用。若實(shí)施整體真空室或往制造室里通惰性氣體保護(hù)，則成本太高，且增材制造通常采用機(jī)器人進(jìn)行制造，所需要的空間大，機(jī)器人運(yùn)動(dòng)路徑受限，不利于制造零件。
[0004]因此，傳統(tǒng)焊接鈦及鈦合金保護(hù)拖罩存在不能有效對(duì)增材制造方向上的保護(hù)，而真空室或保護(hù)室增材制造鈦及鈦合金保護(hù)范圍過大、成本過高，且增材制造機(jī)器人運(yùn)動(dòng)路徑受限等問題，急需解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種用于基于焊接工藝的鈦及鈦合金增材制造的保護(hù)裝置及方法，可適用于增材制造的恪化極氣體保護(hù)焊(Gas-metal Arc Welding，GMAW)、媽極氣體保護(hù)焊(Gas-tungsten Arc Welding，GTAW)、等離子弧焊(Plasma Arc welding，PAW)、激光直接制造技術(shù)(Direct Laser Fabricat1n，DLF)中，利用該保護(hù)裝置進(jìn)行增材制造鈦及鈦合金零件可使成形零件表面呈銀白色，成形內(nèi)部及表面質(zhì)量?jī)?yōu)良。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:
[0007]本發(fā)明提供一種用于基于焊接工藝的鈦及鈦合金增材制造的保護(hù)裝置，它包括由上至下依次設(shè)置的保護(hù)拖罩、上保護(hù)基座及下保護(hù)基座；
[0008]該保護(hù)拖罩為一底面敞口的長(zhǎng)方形罩體，該敞口的底面覆蓋有一層銅網(wǎng)；該罩體頂面開設(shè)有焊槍口及送氣通道口，該焊槍口周圍設(shè)有用于卡緊焊槍的焊槍卡扣；
[0009]該上保護(hù)基座為長(zhǎng)方形板體，該板體上表面對(duì)應(yīng)該焊槍口位置設(shè)有長(zhǎng)槽狀的焊接通道，該板體豎向貫穿設(shè)有不同角度的保護(hù)氣孔，該板體側(cè)邊橫向貫穿設(shè)有若干水冷通道；該板體下表面凸出設(shè)有長(zhǎng)方形的階梯部；
[0010]該下保護(hù)基座為底部密封的長(zhǎng)方形框體，該框體內(nèi)壁形狀及大小與該階梯部的外壁形狀及大小對(duì)應(yīng)，使得該上保護(hù)基座通過該階梯部卡扣在該下保護(hù)基座中；該框體側(cè)邊開有保護(hù)氣接入孔。
[0011]所述保護(hù)氣孔包括內(nèi)層保護(hù)氣孔、中層保護(hù)氣孔及外層保護(hù)氣孔，分別沿著所述板體的幾何中心由內(nèi)向外分布；該內(nèi)層保護(hù)氣孔的軸線與水平方向之間的夾角為鈍角；該中層保護(hù)氣孔的軸線與水平方向垂直，且所述焊槍口位于該中層保護(hù)氣孔范圍內(nèi)；該外層保護(hù)氣孔的軸線與水平方向之間的夾角為銳角。
[0012]所述焊槍卡扣包括對(duì)稱設(shè)置的夾持部，該夾持部通過固定板固定在所述焊槍口周緣，且該夾持部之間具有調(diào)整間隙。
[0013]所述罩體頂面靠近所述焊槍口處開設(shè)有送絲通道，伸入至送絲保護(hù)拖罩內(nèi)部。
[0014]所述保護(hù)拖罩兩側(cè)面對(duì)應(yīng)所述焊槍口位置，設(shè)有用于觀察焊接情況的玻璃窗口。
[0015]所述上保護(hù)基座及下保護(hù)基座均為銅板。
[0016]本發(fā)明還提供一種用于基于焊接工藝的增材制造的保護(hù)方法，利用上述任一項(xiàng)所述的保護(hù)裝置，在增材制造及焊接過程前，分別向所述保護(hù)拖罩的送氣通道口通入進(jìn)氣保護(hù)氣，向所述下保護(hù)基座的保護(hù)氣接入口通入保護(hù)氣，保護(hù)氣通過不同角度的保護(hù)氣孔，與向下的進(jìn)氣保護(hù)氣形成上下對(duì)流作用排擠側(cè)面亂流空氣，對(duì)作業(yè)區(qū)進(jìn)行保護(hù)；在增材制造及焊接過程中，向所述水冷通道內(nèi)通入冷卻水進(jìn)行冷卻；在增材制造及焊接完成后，保護(hù)氣及冷卻水一直通至焊件溫度至工藝規(guī)范要求溫度。所述方法用于鈦及鈦合金、鋁合金、鎳基合金等合金的焊接及增材制造工藝。
[0017]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明解決了增材制造過程中整體成形鈦及鈦合金零件需要建真空室或者保護(hù)室，導(dǎo)致保護(hù)范圍過大、成本高，且傳統(tǒng)焊接保護(hù)拖罩對(duì)增材高度不能有效保護(hù)的問題，其可有效對(duì)焊接和再制造鈦及鈦合金零件進(jìn)行保護(hù)，該保護(hù)裝置可使鈦及鈦合金增材制造及焊接后表面呈銀白色，增材成形及焊接成形鈦及鈦合金質(zhì)量?jī)?yōu)良，該裝置還可應(yīng)用于鋁合金、鎳基合金及其他合金焊接及增材制造的保護(hù)。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明用于基于焊接工藝的鈦及鈦合金增材制造的保護(hù)裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2為本發(fā)明用于基于焊接工藝的鈦及鈦合金增材制造的保護(hù)裝置的保護(hù)拖罩的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖3為本發(fā)明用于基于焊接工藝的鈦及鈦合金增材制造的保護(hù)裝置的焊槍卡扣的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖4為本發(fā)明用于基于焊接工藝的鈦及鈦合金增材制造的保護(hù)裝置的上保護(hù)基座的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖5為圖4中A-A方向的剖面示意圖。
[0023]圖6為圖4中B-B方向的剖面示意圖。
[0024]圖7為本發(fā)明用于基于焊接工藝的鈦及鈦合金增材制造的保護(hù)裝置的下保護(hù)基座的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明，然而其并非對(duì)本發(fā)明實(shí)施的限制。
[0026]如圖1所示，本發(fā)明提供一種用于基于焊接工藝的鈦及鈦合金增材制造的保護(hù)裝置，它包括由上至下依次設(shè)置的保護(hù)拖罩1、上保護(hù)基座2及下保護(hù)基座3。
[0027]如圖2、圖3所示，該保護(hù)拖罩I為一底面敞口的長(zhǎng)方形罩體，該敞口的底面覆蓋有一層具有一定致密度的銅網(wǎng)4，可以分散通入的保護(hù)氣，有效促進(jìn)了保護(hù)的均勻性。該罩體頂面開設(shè)有焊槍口 5及送氣通道口 6，該焊槍口 5周圍設(shè)有用于卡緊焊槍7的焊槍卡扣8。在增材制造及焊接過程中，該保護(hù)拖罩I可隨焊槍7移動(dòng)而提供鈦及鈦合金增材制造及焊接零件水平方向及垂直方向的有效保護(hù)。具體來說，該焊槍卡扣8包括對(duì)稱設(shè)置的圓弧形狀的夾持部81，