阅读说明：本技术 一种激光/电弧熔丝增材制造过程中气体保护装置及方法 (Gas protection device and method in laser/arc fuse additive manufacturing process ) 是由 方学伟 耿永亮 黄科 任传奇 蒋笑 李战鑫 李帛阳 段玉岗 卢秉恒 于 2020-12-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种激光/电弧熔丝增材制造过程中气体保护装置及方法,本发明的装置利用十字滑轨和升降台的配合,保证了X、Y、Z三个方向的自由调节,尺寸规格不易受到限制,可根据工件大小而定。利用柔性结构保证了惰性气体的纯度,并在合适的位置设置观察结构,对增材制造过程的质量进行有效监控。本发明的应用场景为钛合金、镁合金等气体敏感性材质的电弧/激光为热源的熔丝增材制造过程,其应用不局限与激光/电弧增材过程,可拓展应用在需要快速气氛防护的应用领域和场景。(The invention discloses a gas protection device and a gas protection method in a laser/arc fuse additive manufacturing process, wherein the device ensures free adjustment in X, Y, Z three directions by utilizing the matching of a cross slide rail and a lifting table, and the size specification is not easy to be limited and can be determined according to the size of a workpiece. The purity of inert gas is guaranteed by utilizing the flexible structure, and the observation structure is arranged at a proper position, so that the quality of the additive manufacturing process is effectively monitored. The application scene of the invention is a fuse wire additive manufacturing process taking the electric arc/laser of gas sensitive materials such as titanium alloy, magnesium alloy and the like as a heat source, the application is not limited to a laser/electric arc additive manufacturing process, and the application can be expanded in the application field and scene needing rapid atmosphere protection.)

一种激光/电弧熔丝增材制造过程中气体保护装置及方法

技术领域

本发明属于钛合金/镁合金激光/电弧增材制造(3D打印)领域，具体涉及一种激光/电弧熔丝增材制造过程中气体保护装置及方法。

背景技术

传统的钛合金、镁合金等高温下对氧、氮气体敏感性的材料在采用增材方式制造时均需要进行惰性气体的有效保护，目前常用的钛合金成形过程中常用的为：整体防护和局部保护。

整体防护是指通常情况下制造整体式惰性气体保护室，将增材设备和工件均包覆到保护室内，然而由于该类保护室体积较大，制造成本昂贵，且由于充气置换时间长，钛合金成形前的准备工作可能高达数十小时之久，冗长的准备时间极大消费人力物力，此外还极易受到零件规格限制，因此难以满足中、大型规格产品的制造。

局部保护是指在焊枪及工件等关键位置，加持特殊设计的装置，通入惰性保护气体，保证成形局部位置的气氛防护。《用于激光增材制造的气氛保护系统及激光增材制造设备201610900252.9》、《一种铝合金电弧增材柔性气体保护装置及方法201810088125.2》、《一种钛合金电弧熔丝增材制造的气体保护装置201910711047.1》、《一种用于钛合金电弧熔丝增材制造的气氛保护设备202010430553.6》等技术中中均提及到相关的局部气体保护装置，但对于激光/电弧等熔丝增材制造大规格零件时移动空间受限明显，气氛箱内可利用空间受限明显。此外在《一种铝合金电弧增材柔性气体保护装置及方法201810088125.2》技术中，仅依靠柔性连接，难以实现大规格工件的增材，且柔性过渡套在运动过程中会造成气体的对流，可能会对熔池造成污染的风险。

目前，钛合金粉末金属增材制造已经较为成熟，但针对钛合金/镁合金激光&电弧熔丝增材制造尚无专用的快速气氛防护系统。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种激光/电弧熔丝增材制造过程中气体保护装置及方法，能够极大减少成形前准备时间，极大地提高了气氛室的利用空间，有效促进钛合金、镁合金在增材制造领域方面的应用和发展。

为了达到上述目的，一种激光/电弧熔丝增材制造过程中气体保护装置，包括焊枪和箱体，箱体内设置有升降台，升降台用于放置工件，箱体顶部设置有十字滑轨，十字滑轨上设置有透明阻燃板，透明阻燃板的表面积大于箱体的表面积，透明阻燃板与箱体密封，升降台升起后，工件置于透明阻燃板下方，焊枪穿过透明阻燃板伸入透明阻燃板下方，焊枪上套设有柔性套，柔性套与透明阻燃板接触，使焊枪与透明阻燃板密封。

箱体与透明阻燃板间设置有毛毡。

箱体上开设有检测口。

十字滑轨包括两套横向自由滑轨和纵向自由滑块，横向自由滑轨和纵向自由滑块交叉设置。

箱体上开设有箱门。

箱门采用透明材质。

箱体上开设有充气口。

一种激光/电弧熔丝增材制造过程中气体保护装置的使用方法，包括以下步骤：

S1，将工件放置在升降台上，通过升降台将工件上升至所需高度；

S2，向箱体内通入惰性气体，并使箱体内的惰性气体保持浓度；

S3，开启焊枪进行增材制造，透明阻燃板在焊枪的带动下在十字滑轨上沿X方向和Y方向自由滑动，且始终能够对箱体形成有效密封，增材过程中工件和焊枪的Z方向上会增加，在一定范围内，焊枪在柔性套的范围内进行自由伸缩，但随着Z方向高度的增加过高后，通过降低升降台高度，实现Z方向的自由调节。

S2中，向箱体内通入惰性气体时，利用检测口进行箱体内惰性气体含量进行测量，当体内的惰性气体达到所需浓度后，降低通入惰性气体的流量，维持箱体内惰性气体的浓度。

箱体通过毛毡有效防止焊枪运动过程中外界空气与惰性气体形成对流进入箱体，且由于始终有惰性气体的通入，形成有效的气体阻隔作用。

与现有技术相比，本发明的装置利用十字滑轨和升降台的配合，保证了X、Y、Z三个方向的自由调节，尺寸规格不易受到限制，可根据工件大小而定。利用柔性结构保证了惰性气体的纯度，并在合适的位置设置观察结构，对增材制造过程的质量进行有效监控。本发明的应用场景为钛合金、镁合金等气体敏感性材质的电弧/激光为热源的熔丝增材制造过程，其应用不局限与激光/电弧增材过程，可拓展应用在需要快速气氛防护的应用领域和场景。

本发明的方法采用了局部充气保护的方式实现了中、大型构件在熔丝增材制造过程中的气体保护，代替了采用整体惰性气体保护室结构，极大缩短镁合金/钛合金成形前的准备时间，大幅提高设备的工作效率，钛合金零件制造成本降低，生产周期缩短，社会化收益提高。

附图说明

图1为本发明的示意图；

图2为本发明中的工作状态示意图；

其中，1、焊枪，2、柔性套，3、十字滑轨，4、透明阻燃板，5、毛毡，6、工件，7、升降台，8、箱体，9、充气口，10、箱门，11、检测口，3-1、横向自由滑轨，3-2、纵向自由滑轨。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

参见图1，一种激光/电弧熔丝增材制造过程中气体保护装置，包括焊枪1和箱体8，箱体8内设置有升降台7，升降台7用于放置工件6，箱体8顶部设置有十字滑轨3，十字滑轨3上设置有透明阻燃板4，透明阻燃板4的表面积大于箱体8的表面积，保证在足够的滑动空间内，透明阻燃板4始终保持对箱体8上方形成覆盖，透明阻燃板4与箱体8密封，升降台7升起后，工件6置于透明阻燃板4下方，焊枪1穿过透明阻燃板4伸入透明阻燃板4下方，焊枪1上套设有柔性套2，柔性套2与透明阻燃板4接触，使焊枪1与透明阻燃板4密封，柔性套2的设置能够满足焊枪1小角度、小幅运动的需要，同时形成密闭连接。箱体8与透明阻燃板4间设置有毛毡5。箱体8上开设有检测口11。十字滑轨3包括两套横向自由滑轨3-1和纵向自由滑块3-2，横向自由滑轨3-1和纵向自由滑块3-2交叉设置。箱体8上开设有箱门10。箱门10采用透明材质。箱体8上开设有充气口9。

工件6通过箱门10，放置在升降台7上方，在一定范围内可以直接增材，但当工件6高度过高后可以通过降低升降台7高度，保证焊枪1始终处于合适的工作高度范围，从而实现Z方向自由度的调节。箱门10由透明耐高温观察玻璃材质制作，可对增材过程中高度方向进行观察和检查。

一种激光/电弧熔丝增材制造过程中气体保护装置的使用方法，包括以下步骤：

S1，将工件6放置在升降台7上，通过升降台7将工件6上升至所需高度；

S2，关闭箱门10，向箱体8内通入惰性气体，如氩气，利用检测口11进行箱体8内惰性气体含量进行测量，通常10-20min可达到足够的浓度，当体8内的惰性气体达到所需浓度后，降低通入惰性气体的流量，维持箱体8内惰性气体的浓度；

S3，开启焊枪1进行增材制造，透明阻燃板4在焊枪1的带动下在十字滑轨3上沿X方向和Y方向自由滑动，且始终能够对箱体8形成有效密封，增材过程中工件6和焊枪1的Z方向上会增加，在一定范围内，焊枪1在柔性套2的范围内进行自由伸缩，但随着Z方向高度的增加过高后，通过降低升降台7高度，实现Z方向的自由调节。

增材过程中可通过透明阻燃板4和箱门10进行实时观察和监控，保证增材过程的稳定性。在完成增材后，持续通入惰性气体，待工件6温度降低至近室温或空气中不被氧化后打开箱门10，停止充气，取出工件6，即可完成所有工序。

箱体8通过毛毡5有效防止焊枪1运动过程中外界空气与惰性气体形成对流进入箱体8，且由于始终有惰性气体的通入，形成有效的气体阻隔作用。同时，毛毡5能够在一定程度上对透明阻燃板4起到支撑作用。