基于增材制造技术的平板埋弧焊接模拟及考评装置的制作方法

本发明涉及焊接教学
技术领域：
，更具体地说，它涉及一种基于增材制造技术的平板埋弧焊接模拟及考评装置。
背景技术：
：增材制造技术是指基于离散-堆积原理，由零件三维数据驱动直接制造零件的科学技术体系。基于不同的分类原则和理解方式，增材制造技术还有快速原型、快速成形、快速制造、3d打印等多种称谓，其内涵仍在不断深化，外延也不断扩展，这里所说的“增材制造”与“快速成形”、“快速制造”意义相同，工业化的lsf-v大型激光立体成形装备所谓数字化增材制造技术就是一种三维实体快速自由成形制造新技术，它综合了计算机的图形处理、数字化信息和控制、激光技术、机电技术和材料技术等多项高技术的优势，学者们对其有多种描述。西北工业大学凝固技术国家重点实验室的黄卫东教授称这种新技术为“数字化增材制造”，中国机械工程学会宋天虎秘书长称其为“增量化制造”，其实它就是不久前引起社会广泛关注的“三维打印”技术的一种。西方媒体把这种实体自由成形制造技术誉为将带来“第三次工业革命”的新技术。这种技术不需要传统的刀具和夹具以及多道加工工序，在一台设备上可快速精密地制造出任意复杂形状的零件，从而实现了零件“自由制造”，解决了许多复杂结构零件的成形，并大大减少了加工工序，缩短了加工周期。而且产品结构越复杂，其制造速度的作用就越显著。焊接训练主要是用电焊机操作，目前焊接实训装置多需要学生亲自动手操作，在操作过程中除了操作者本人以外，附近的人因为焊接强光，很难看到焊接过程，无法直观地体会焊接的原理，且焊接设备有一定的危险性，不太适用于课堂的演示，一般只适用于经验较为丰富的学生，无法适用于初次接触焊接或者焊接经验不足的学生；现有的焊接设备大都只能用来焊接且搬动麻烦，功能较为单一；焊接板材有些带有弧度，焊接起来需要人为固定住，十分不便。技术实现要素：针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于增材制造技术的平板埋弧焊接模拟及考评装置，来解决上述一个或多个问题。为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：基于增材制造技术的平板埋弧焊接模拟及考评装置，包括小车、3d打印设备主体以及3d打印设备控制装置，小车顶面与3d打印设备主体底面固定连接，3d打印设备主体前端与3d打印设备控制装置背面固定连接，3d打印设备主体后端固定设有线圈，线圈末端固定设有焊枪枪头模拟装置，焊枪枪头模拟装置顶部固定设有物料支管，物料支管穿过3d打印设备主体，物料支管与3d打印设备主体固定连接，物料支管远离焊枪枪头模拟装置的一端固定设有焊剂盒，小车底部设有滑动座，小车与滑动座滑动连接，滑动座靠近焊枪枪头模拟装置的一面固定设有可调焊接台。通过采用上述技术方案，本发明使用的是透明的3d打印材料，利用原理相似的3d打印技术模拟焊接，可以便于学生直观清楚地了解焊接的原理，3d打印机的原理是素材的堆砌，没有太大的危害性，便于新生和经验缺乏的学生进行实地训练，增设了滑动座和可调焊接台，可以放置焊接试板，便于滑动小车，丰富了装置的功能，可调焊接台可以在不触碰板材的情况下，固定带有弧度的板材，减轻了焊接操作者的压力。进一步地，焊枪枪头模拟装置包括3d打印喷头以及挤料管，挤料管顶部与物料支管侧面固定连接，挤料管底部与3d打印喷头固定连接。通过采用上述技术方案，通过挤料管和物料支管将物料经过3d打印设备主体的处理从焊剂盒输送至3d打印喷头，保证3d打印的正常进行。进一步地，滑动座包括滑动底座和走轨，走轨沿滑动底座的长度方向固定设于滑动底座顶面远离焊枪枪头模拟装置的一侧，滑动底座靠近焊枪枪头模拟装置的一面与可调焊接台的侧面固定连接。通过采用上述技术方案，小车可以在滑动座上滑动，更加灵活且占用空间大大减少。进一步地，可调焊接台包括焊接台底座、焊材安置座以及高度调节台，焊材安置座靠近焊枪枪头模拟装置的一面与滑动底座的侧面固定连接，焊材安置座远离焊枪枪头模拟装置的一面与焊接台底座的侧面固定连接，焊接台底座的顶面与高度调节台的底面固定连接。通过采用上述技术方案，焊接台可以用来放置和固定板材，可以进行埋弧焊也可以用来将两块板材成角度地焊接在一起。进一步地，高度调节台包括基座、第一旋转杆、第二旋转杆、固定杆以及焊接面，基座底面与焊接台底座顶面固定连接，第一旋转杆与基座顶面远离焊枪枪头模拟装置的一端旋转连接，焊材安置座与焊接面一端旋转连接，焊接面远离焊枪枪头模拟装置的一端与第二旋转杆旋转连接，第一旋转杆与第二旋转杆通过固定杆实现固定连接。通过采用上述技术方案，通过调节两个旋转杆来实现对不同弧度的板材的自动固定。进一步地，小车上的车轮带有凹槽，凹槽与走轨契合，车轮与走轨滑动连接。通过采用上述技术方案，小车行驶有固定的路线且滑动更加平滑，保证了焊接的稳定性。进一步地，焊接面和焊材安置座上设有关联的放置槽，放置槽内设有挡板，挡板与焊材安置座上的放置槽滑动连接，通过在放置槽内靠近焊枪枪头模拟装置的一端放置对应的垫块配合放置在槽内的板材可以实现对挡板和板材的固定。通过采用上述技术方案，可以将板材放在放置槽内，通过挡板来适应和固定不同焊接要求或尺寸的焊材。进一步地，放置槽内放置有焊接试板，本发明采用配套的特殊焊接试板，该焊接试板为树脂制品，焊接试板分两种：一种是能够与增材制造用的增材制造材料相融合的焊接试板，当增材制造材料融熔到焊接试板上后，其产生的高温也能将焊接试板的接触位置少许融化，从而起到融合的作用，这种焊接试板用完可能要报废。另一种是不能与增材制造用的增材制造材料相融合的焊接试板，这种焊接试板如果能通过加温等办法将3d打印的材料去除，焊接试板应当可以反复使用。第一种用于模拟普通焊接，即焊材与母材融合，第二种用于模拟钎焊，即焊材与母材不融合，这种焊接试板的熔点要高于3d打印材料，本发明采用的增彩材料熔点低于200℃。通过采用上述技术方案，可以采用不同的试板来进行普通焊接和钎焊的模拟，功能更加丰富、有针对性。进一步地，焊剂盒内壁上涂覆有一层保护层，保护层的制备方法是：取以下以重量计各组分原料备用：有机硅改性丙烯酸树脂20-22份、水性环氧树脂乳液16-17份、导电云母粉8-9份、甘油一硬脂酸酯3-4份、滑石粉4-7份、石墨烯7-8份、酚醛树脂12-13份、二丙二醇甲醚5.5-6.3份、玛树脂1-2份、四氢呋喃0.8-1.5份。s1、预制有机溶剂：将有机硅改性丙烯酸树脂、水性环氧树脂乳液、甘油一硬脂酸酯、酚醛树脂混合后加热至60-68℃，搅拌均匀后，保温0.5-1h；s2、制备保护涂料；将导电云母粉、滑石粉、石墨烯、二丙二醇甲醚、玛树脂、四氢呋喃加入到s1中的有机溶剂中，搅拌均匀后，将温度加热至70-75℃后保温1-1.5h；s3、处理：将s2所得的保护涂料进行超声波处理0.5-1h，然后降温至40-60℃，于800-1200r/min转速搅拌0.5h，然后冷却至室温；s4、涂覆：将s3得到的保护涂料用喷枪均匀地喷覆在焊剂盒的内壁上；s5、干燥：将s4得到的焊剂盒放置到阴凉通风处进行吹干7-8h。通过采用上述技术方案，可以保证增材打印材料更平顺的进入物料支管，且在焊剂盒内不会发生粘附的现象，节约了材料并提高了生产效率，进一步地减少了成本。进一步地，焊剂盒内的增材打印材料的熔点不高于200℃。通过采用上述技术方案，保证打印材料的熔点低于焊接试板的熔点，可以方便通过加热将两者剥离，实现焊接试板的反复使用，节约成本。进一步地，3d打印机因为模拟焊接，故打印层厚度较厚，在1mm以上。通过采用上述技术方案，模拟效果更加契合实际效果，方便学生更加直观的了解埋弧焊接的原理。附图说明图1为本发明提供的一种实施方式的整体结构立体图；图2为本发明提供的一种实施方式的整体结构前视图；图3为本发明提供的一种实施方式的可调焊接台结构示意图；图4为本发明提供的一种实施方式的整体结构左视图；图5为本发明提供的一种实施方式的小车结构示意图；图6为本发明提供的一种实施方式的整体结构俯视图。图中：1、小车；11、车轮；12、凹槽；2、3d打印设备主体；3、3d打印设备控制装置；4、线圈；5、焊枪枪头模拟装置；51、3d打印喷头；52、挤料管；6、物料支管；61、支撑杆；7、焊剂盒；8、滑动座；81、滑动底座；82、走轨；9、可调焊接台；91、焊接台底座；92、焊材安置座；93、高度调节台；931、基座；932、第一旋转杆；933、第二旋转杆；934、固定杆；935、焊接面；94、放置槽；95、挡板；96、焊接试板。具体实施方式实施例1：以下结合附图1-对本发明作进一步详细说明。一种基于增材制造技术的平板埋弧焊接模拟及考评装置，如图1所示，基于增材制造技术的平板埋弧焊接模拟及考评装置，包括小车1、3d打印设备主体2以及3d打印设备控制装置3，小车1顶面与3d打印设备主体2底面固定连接，3d打印设备主体2前端与3d打印设备控制装置3背面固定连接，3d打印设备主体2后端固定设有线圈4，线圈4末端固定设有焊枪枪头模拟装置5，焊枪枪头模拟装置5顶部固定设有物料支管6，物料支管6穿过3d打印设备主体2，物料支管6与3d打印设备主体2固定连接，物料支管6远离焊枪枪头模拟装置5的一端固定设有焊剂盒7，物料支管6远离焊剂盒7的一端下方固定设有支撑杆61，支撑杆61底部与小车1固定连接，小车1底部设有滑动座8，小车1与滑动座8滑动连接，滑动座8靠近焊枪枪头模拟装置5的一面固定设有可调焊接台9。如图1所述焊枪枪头模拟装置5包括3d打印喷头51以及挤料管52，挤料管52顶部与物料支管6侧面固定连接，挤料管52底部与3d打印喷头51固定连接。如图1和图6所示，滑动座包括滑动底座81和走轨82，走轨82沿滑动底座81的长度方向固定设于滑动底座81顶面远离焊枪枪头模拟装置5的一侧，滑动底座81靠近焊枪枪头模拟装置5的一面与可调焊接台9的侧面固定连接。如图2和图3所示，可调焊接台9包括焊接台底座91、焊材安置座92以及高度调节台93，焊材安置座92靠近焊枪枪头模拟装置5的一面与滑动底座81的侧面固定连接，焊材安置座92远离焊枪枪头模拟装置5的一面与焊接台底座91的侧面固定连接，焊接台底座91的顶面与高度调节台93的底面固定连接。如图3所示，高度调节台93包括基座931、第一旋转杆932、第二旋转杆933、固定杆934以及焊接面935，基座931底面与焊接台底座91顶面固定连接，第一旋转杆932与基座931顶面远离焊枪枪头模拟装置5的一端旋转连接，焊材安置座92与焊接面935一端旋转连接，焊接面935远离焊枪枪头模拟装置5的一端与第二旋转杆933旋转连接，第一旋转杆932与第二旋转杆933通过固定杆934实现固定连接。如图5所示，小车1上的车轮11带有凹槽12，凹槽12与走轨82契合，车轮11与走轨82滑动连接。如图3所示，焊接面935和焊材安置座92上设有关联的放置槽94，放置槽94内设有挡板95，挡板95与焊材安置座92上的放置槽94滑动连接，放置槽94内放置有焊接试板96。工作原理：埋弧焊时，连续送进的焊丝在一层可熔化的颗粒状焊剂覆盖下引燃电弧。电弧热使焊丝、母材和焊剂熔化以致部分蒸发，在电弧区便由金属和焊剂蒸气构成一个空腔，电弧在这个空腔内稳定燃烧。随着电弧向前移动，电弧力将液态金属推向后方并逐渐冷却凝固成焊缝，熔渣则凝固成渣壳覆盖在焊缝表面。熔渣除了对熔池和焊缝金属起到机械保护作用外，焊接过程中还与熔化金属发生冶金反应，从而影响焊缝金属的化学成分和力学性能。焊后未熔化的焊剂另行清理回收，埋弧焊时，焊丝连续不断地送进，同时其端部在电弧热作用下不断熔化，焊丝送进速度和熔化速度相互平衡，以保持焊接过程的稳定进行。依据应用不同，焊丝有单丝、双丝和多丝，有的应用中还以药芯焊丝代替裸焊丝，或用钢带代替焊丝。3d打印机与电脑连接后，通过电脑控制可以把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。由此可以看出3d打印与埋弧焊接的工作原理本质基本相同，所以可以采用3d打印来模拟埋弧焊接，区别只是在于把焊剂换成了3d打印材料，焊枪换成了3d打印喷头51，操作和步骤基本相似，将焊接试板96放在放置槽94内，调整第一旋转杆932和第二旋转杆933，通过垫块固定住挡板95来适应对应大小的焊接试板96，通过焊剂盒7将打印材料输送至3d打印设备主体2，借由物料支管6输送至挤料管52，再输送至3d打印喷头51，和线圈4一起开始进行埋弧焊接的模拟，推动小车1，使3d打印喷头51沿直线平移，采用3d打印模拟埋弧焊接过程更加温和，更加安全和直观。本实施例中，增材打印材料选用熔点低于200℃、成型层厚较厚的打印材料，这样才能够模拟焊接，若使用成型层厚较低的增材制造设备，模拟焊缝成型的过程根本看不出来。焊接试板96为树脂制品，焊接试板96分两种：(1)能够与增材制造用的增材制造材料相融合的焊接试板96，当增材制造材料融熔到焊接试板96上后，其产生的高温也能将焊接试板96接触位置少许融化，从而起到融合的作用，这种焊接试板96用完可能要报废。(2)不能与增材制造用的增材制造材料相融合的焊接试板96，这种焊接试板96如果能通过加温等办法将3d打印的材料去除，焊接试板96应当可以反复使用。第一种用于模拟普通焊接，即焊材与母材融合，第二种用于模拟钎焊，即焊材与母材不融合，这种焊接试板96的熔点要高于3d打印材料。综上，本发明具有以下有益效果：1、因为焊接原理与增材制造的原理类似，整个材料成型过程非常的直观，学生可以直观的看到各种焊接的操作方法及焊缝成型方式，使用透明模拟焊剂代替真实焊剂，学生可以看到焊剂下被保护的焊缝2、极为安全，没有焊接的危险性；3、能够在普通课堂进行演示；4、除了让学生了解焊接技术及原理外，还能让学生同时了解到增材制造技术的原理；5、而使用基于增材制造的模拟装置价格便宜，成本较低；实施例2与实施例1的不同之处在于，焊剂盒7内壁上涂覆有一层保护层，保护层的制备方法是：取以下以重量计各组分原料备用：有机硅改性丙烯酸树脂20份、水性环氧树脂乳液16份、导电云母粉8份、甘油一硬脂酸酯3份、滑石粉4份、石墨烯7份、酚醛树脂12份、二丙二醇甲醚5.5份、玛树脂1份、四氢呋喃0.8份。s1、预制有机溶剂：将有机硅改性丙烯酸树脂、水性环氧树脂乳液、甘油一硬脂酸酯、酚醛树脂混合后加热至60℃，搅拌均匀后，保温0.5h；s2、制备保护涂料；将导电云母粉、滑石粉、石墨烯、二丙二醇甲醚、玛树脂、四氢呋喃加入到s1中的有机溶剂中，搅拌均匀后，将温度加热至75℃后保温1h；s3、处理：将s2所得的保护涂料进行超声波处理0.5h，然后降温至60℃，于1200r/min转速搅拌0.5h，然后冷却至室温；s4、涂覆：将s3得到的保护涂料用喷枪均匀地喷覆在焊剂盒7的内壁上；s5、干燥：将s4得到的焊剂盒7放置到阴凉通风处进行吹干8h。本实施例中，焊剂盒7内壁上涂覆有保护层可以保证增材打印材料更平顺的进入物料支管6，且在焊剂盒7内不会发生粘附的现象，节约了材料并提高了生产效率，进一步地减少了成本。实施例3与实施例2的不同之处在于，对保护层的配方占比进行了调整，用于比较得出最佳方案，修改后保护层的制备方法是：取以下以重量计各组分原料备用：有机硅改性丙烯酸树脂22份、水性环氧树脂乳液17份、导电云母粉9份、甘油一硬脂酸酯4份、滑石粉7份、石墨烯8份、酚醛树脂13份、二丙二醇甲醚6.3份、玛树脂2份、四氢呋喃1.5份。s1、预制有机溶剂：将有机硅改性丙烯酸树脂、水性环氧树脂乳液、甘油一硬脂酸酯、酚醛树脂混合后加热至60℃，搅拌均匀后，保温0.5h；s2、制备保护涂料；将导电云母粉、滑石粉、石墨烯、二丙二醇甲醚、玛树脂、四氢呋喃加入到s1中的有机溶剂中，搅拌均匀后，将温度加热至75℃后保温1h；s3、处理：将s2所得的保护涂料进行超声波处理0.5h，然后降温至60℃，于1200r/min转速搅拌0.5h，然后冷却至室温；s4、涂覆：将s3得到的保护涂料用喷枪均匀地喷覆在焊剂盒7的内壁上；s5、干燥：将s4得到的焊剂盒7放置到阴凉通风处进行吹干8h。本实施例用作数据比对，综合得出配方的最优比重。实施例4与实施例2的不同之处在于，对保护层的配方占比进行了调整，用于比较得出最佳方案，修改后保护层的制备方法是：取以下以重量计各组分原料备用：有机硅改性丙烯酸树脂21份、水性环氧树脂乳液16.5份、导电云母粉8.5份、甘油一硬脂酸酯3.5份、滑石粉5.5份、石墨烯7.5份、酚醛树脂12.5份、二丙二醇甲醚5.9份、玛树脂1.5份、四氢呋喃1.2份。s1、预制有机溶剂：将有机硅改性丙烯酸树脂、水性环氧树脂乳液、甘油一硬脂酸酯、酚醛树脂混合后加热至60℃，搅拌均匀后，保温0.5h；s2、制备保护涂料；将导电云母粉、滑石粉、石墨烯、二丙二醇甲醚、玛树脂、四氢呋喃加入到s1中的有机溶剂中，搅拌均匀后，将温度加热至75℃后保温1h；s3、处理：将s2所得的保护涂料进行超声波处理0.5h，然后降温至60℃，于1200r/min转速搅拌0.5h，然后冷却至室温；s4、涂覆：将s3得到的保护涂料用喷枪均匀地喷覆在焊剂盒7的内壁上；s5、干燥：将s4得到的焊剂盒7放置到阴凉通风处进行吹干8h。本实施例用作数据比对，综合得出配方的最优比重。对实施例1、2、3、4中涂覆有不同配方比重的保护涂料的焊剂盒7进行平滑度和剥离强度的测试，为了便于比较，所有实施例的数据基于实施例1的数据进行归一化。表1平滑度剥离强度实施例1100％100％实施例2130％150％实施例3146％143％实施例4152％155％通过在焊剂盒7内壁上涂覆保护层可以保证增材打印材料更平顺的进入物料支管，且在焊剂盒内不会发生粘附的现象，节约了材料并提高了生产效率，进一步地减少了成本。从表中数据可以看出，涂覆保护材料后，焊剂盒7的平滑度有了明显的增强，而实施例4明显效果最佳，所以确定的最优原料配方是：有机硅改性丙烯酸树脂21份、水性环氧树脂乳液16.5份、导电云母粉8.5份、甘油一硬脂酸酯3.5份、滑石粉5.5份、石墨烯7.5份、酚醛树脂12.5份、二丙二醇甲醚5.9份、玛树脂1.5份、四氢呋喃1.2份。需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。当前第1页12