一种环形电弧与拉瓦尔复合的电弧增材装置

本技术涉及增材制造设备，尤其是一种环形电弧与拉瓦尔复合的电弧增材装置。

背景技术：

1、增材制造技术是一项革命性的制造技术，它颠覆了传统的减材制造方式，尤其金属增材制造，作为一项革命性、先进性制造技术，广泛应用于航空航天、生物医疗、工业模具和动力能源等相关领域。

2、电弧增材制造技术通过电弧熔化丝材，并根据产品三维模型将熔融金属按线-面-体逐层堆积，凝固成形出金属部件的工艺，具有丝材利用率高、成本低，零件尺寸不收成形缸或真空室的限制，易于修复零件等优点。而现有技术中，电弧增材的热输入大，导致增材的晶粒粗大，材料的力学性能较差，产品容易出现裂纹。

技术实现思路

1、为了克服现有技术中存在的上述问题，本实用新型提出一种环形电弧与拉瓦尔复合的电弧增材装置。

2、本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种环形电弧与拉瓦尔复合的电弧增材装置，包括拉瓦尔喷管、环形钨极、升降机构、工作台，所述升降机构与拉瓦尔喷管一端连接用于控制拉瓦尔喷管移动，所述拉瓦尔喷管包括拉瓦尔喷管收缩端、拉瓦尔喷管喉管，所述环形钨极与拉瓦尔喷管喉管远离拉瓦尔喷管收缩端一侧连接，所述工作台上放置基板，所述基板尺寸大于环形钨极的尺寸，所述拉瓦尔喷管顶部两侧设置有进气口，所述拉瓦尔喷管上还设置有送料机构。

3、上述的一种环形电弧与拉瓦尔复合的电弧增材装置，所述送料机构包括送丝结构，所述送丝结构位于拉瓦尔喷管中轴线上方，所述送丝结构用于将焊丝送至拉瓦尔喷管底部。

4、上述的一种环形电弧与拉瓦尔复合的电弧增材装置，所述送料机构包括颗粒粉末进口，所述颗粒粉末进口位于拉瓦尔喷管收缩端一侧。

5、上述的一种环形电弧与拉瓦尔复合的电弧增材装置，所述拉瓦尔喷管和环形电弧均为垂直于基板放置。

6、上述的一种环形电弧与拉瓦尔复合的电弧增材装置，所述环形钨极距基板的距离为5-8mm。

7、上述的一种环形电弧与拉瓦尔复合的电弧增材装置，所述拉瓦尔喷管收缩端的截面面积向拉瓦尔喷管喉管逐渐递减，拉瓦尔喷管收缩端的收缩角为30°-60°，拉瓦尔喷管喉管呈直筒状，拉瓦尔喷管收缩端与拉瓦尔喷管喉管的直径比为2-2.5：1。

8、上述的一种环形电弧与拉瓦尔复合的电弧增材装置，所述环形钨极与拉瓦尔喷管通过尼龙绝缘套连接。

9、上述的一种环形电弧与拉瓦尔复合的电弧增材装置，所述环形钨极与尼龙绝缘体通过螺纹连接，所述环形钨极上端及尼龙绝缘套下端均设置有螺纹。

10、本实用新型的有益效果是，拉瓦尔喷管使保护气以超音速的速度喷射到环形电弧区域，环形电弧加热基板同时增材材料，电弧的加热使基板表面形成环状熔化区，经过加速的增材材料以超音速的高速度撞击到电弧加热区使熔池中的晶粒细化，在撞击力和电弧加热的作用下实现熔化(冶金)结合和固相结合的混合结合特征，明显提高了增材制造的结合强度，同时又避免了过大热输入导致的晶粒粗大的弊端，减小了产品裂纹的产生。

技术特征：

1.一种环形电弧与拉瓦尔复合的电弧增材装置，其特征在于：包括拉瓦尔喷管、环形钨极、升降机构、工作台，所述升降机构与拉瓦尔喷管一端连接用于控制拉瓦尔喷管移动，所述拉瓦尔喷管包括拉瓦尔喷管收缩端、拉瓦尔喷管喉管，所述环形钨极与拉瓦尔喷管喉管远离拉瓦尔喷管收缩端一侧连接，所述工作台上放置基板，所述基板尺寸大于环形钨极的尺寸，所述拉瓦尔喷管顶部两侧设置有进气口，所述拉瓦尔喷管上还设置有送料机构。

2.根据权利要求1所述的一种环形电弧与拉瓦尔复合的电弧增材装置，其特征在于，所述送料机构包括送丝结构，所述送丝结构位于拉瓦尔喷管中轴线上方，所述送丝结构用于将焊丝送至拉瓦尔喷管底部。

3.根据权利要求1所述的一种环形电弧与拉瓦尔复合的电弧增材装置，其特征在于，所述送料机构包括颗粒粉末进口，所述颗粒粉末进口位于拉瓦尔喷管收缩端一侧。

4.根据权利要求1所述的一种环形电弧与拉瓦尔复合的电弧增材装置，其特征在于，所述拉瓦尔喷管和环形电弧均为垂直于基板放置。

5.根据权利要求1所述的一种环形电弧与拉瓦尔复合的电弧增材装置，其特征在于，所述环形钨极距基板的距离为5-8mm。

6.根据权利要求1所述的一种环形电弧与拉瓦尔复合的电弧增材装置，其特征在于，所述拉瓦尔喷管收缩端的截面面积向拉瓦尔喷管喉管逐渐递减，拉瓦尔喷管收缩端的收缩角为30°-60°，拉瓦尔喷管喉管呈直筒状，拉瓦尔喷管收缩端与拉瓦尔喷管喉管的直径比为2-2.5：1。

7.根据权利要求1所述的一种环形电弧与拉瓦尔复合的电弧增材装置，其特征在于，所述环形钨极与拉瓦尔喷管通过尼龙绝缘套连接。

8.根据权利要求7所述的一种环形电弧与拉瓦尔复合的电弧增材装置，其特征在于，所述环形钨极与尼龙绝缘体通过螺纹连接，所述环形钨极上端及尼龙绝缘套下端均设置有螺纹。

技术总结
本技术公开了一种环形电弧与拉瓦尔复合的电弧增材装置，包括拉瓦尔喷管、环形钨极、升降机构、工作台，所述升降机构与拉瓦尔喷管一端连接用于控制拉瓦尔喷管移动，所述拉瓦尔喷管包括拉瓦尔喷管收缩端、拉瓦尔喷管喉管，所述环形钨极与拉瓦尔喷管喉管远离拉瓦尔喷管收缩端一侧连接，所述工作台上放置基板，所述基板尺寸大于环形钨极的尺寸，所述拉瓦尔喷管顶部两侧设置有进气口，所述拉瓦尔喷管上还设置有送料机构。拉瓦尔效用喷管的存在明显提高了增材制造的结合强度，同时又避免了过大热输入导致的晶粒粗大的弊端，减小了产品裂纹的产生；环形电弧的存在增大了增材区域，大大提高了增材效率。

技术研发人员：张洪涛,余果,张鸿昌,赫文虎,于江,牛绍宇
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学（威海）
技术研发日：20221128
技术公布日：2024/1/11