双拉瓦尔效应冷式熔滴累积的3D打印焊枪装置及焊接方法

双拉瓦尔效应冷式熔滴累积的3d打印焊枪装置及焊接方法
技术领域
1.本发明属于电弧增材设备领域，涉及双拉瓦尔效应冷式熔滴累积的3d打印焊枪装置及焊接方法。


背景技术：

2.电弧增材制造技术(wirearcadditivemanufacture，waam)是一种采用电弧或等离子弧作为热源将金属丝材熔化，在程序或软件控制下采用逐层熔覆原理，根据三维数字模型由线-面-体制造出接近产品形状和尺寸要求的三维金属坯件的先进数字化制造技术。
3.相对于增材技术较为成熟的激光选区熔化技术(slm)，电弧增材较为自由的成型环境对零件尺寸几乎无限制，成型效率可达每小时几公斤，更适合中大型到超大型复杂金属构件的制造，且其也为节省能源和材料开辟了道路，随着近年来技术成熟度和工业化程度逐步达到了工业化应用的水平，逐渐被越来越多的人关注。
4.而现有技术中，电弧增材以电弧为载能束，热输入高，成形精度稍差，成型件微观组织粗大，导致材料的力学性能较差，产品容易出现咬边等焊接缺陷，尤其是对于例如镁合金、铝合金等敏感金属来说热输入是极为重要的因素，随着增材层数的增加，基板对焊道的冷却效果减弱，目前常用的冷却方法是外加水冷却和空气喷射冷却等，这些冷却方法对应的增材效率有待提高。


技术实现要素：

5.针对上述技术问题，本发明提供一种双拉瓦尔效应冷式熔滴累积的3d打印焊枪装置及焊接方法；本发明提供的所述3d打印焊枪装置采用外、内双层拉瓦尔气体保护罩不仅可以使第二保护气体通道的保护气体加速，加速熔滴过渡，还在内、外管道内形成了第一保护气体通道，可以压缩环形电弧，使环形电弧成为薄壁状熔化焊丝，熔化的熔滴通过冷却铜板经过冷却后滴到增材基板上进行超低热输入增材，同时经过拉瓦尔效应的保护气体加速的熔滴加强了熔滴对熔池的冲击。
6.本发明是通过以下技术方案实现的：
7.一种双拉瓦尔效应挂壁式高速电弧冷式熔滴3d打印焊枪装置，所述3d打印焊枪装置包括：双拉瓦尔保护气罩、环形钨极、焊丝、冷却铜板；
8.所述双拉瓦尔保护气罩包括外层拉瓦尔气体保护罩和内层拉瓦尔气体保护罩；
9.所述内层拉瓦尔气体保护罩的底部和所述环形钨极的顶部连接；所述外层拉瓦尔气体保护罩的底部和所述冷却铜板连接；所述环形钨极设置在所述冷却铜板的上方，所述环形钨极和所述冷却铜板设置具有一定高度的空隙；
10.所述外层拉瓦尔气体保护罩和所述内层拉瓦尔气体保护罩之间的空间为第一保护气体通道，所述内层拉瓦尔气体保护罩的内部空间为第二保护气体通道；所述第一保护气体通道和所述第二保护气体通道的上方分别开设有进气孔；
11.所述冷却铜板的中间设置用于熔滴增材通道的中空通道，且在所述冷却铜板上设
置出气孔；所述中空通道与环形钨极及所述第二保护气体通道连通；所述出气孔与所述第一保护气体通道连通；
12.所述环形钨极为中空结构，所述焊丝设置于所述内层拉瓦尔气体保护罩的中轴线上，所述焊丝伸至所述环形钨极的底部。
13.进一步地，所述外层拉瓦尔气体保护罩包括从上到下依次连通的外层拉瓦尔气体保护罩直通管、外层拉瓦尔气体保护罩收缩管、外层拉瓦尔气体保护罩喉管；
14.所述内层拉瓦尔气体保护罩包括从上到下依次连通的内层拉瓦尔气体保护罩直通管、内层拉瓦尔气体保护罩收缩管、内层拉瓦尔气体保护罩喉管。
15.进一步地，所述外层拉瓦尔气体保护罩收缩管和所述内层拉瓦尔气体保护罩收缩管的收缩角范围为30
°‑
60
°
；其中，所述收缩角为喉管与收缩管的夹角θ；对于同一个3d打印焊枪装置中所述外层拉瓦尔气体保护罩收缩管和所述内层拉瓦尔气体保护罩收缩管的收缩角相同；
16.所述外层拉瓦尔气体保护罩收缩管和所述内层拉瓦尔气体保护罩收缩管的截面面积从上到下逐渐递减，所述外层拉瓦尔气体保护罩收缩管和所述内层拉瓦尔气体保护罩收缩管在同一水平面上对应的圆形截面的直径比为(3-5):1；
17.所述外层拉瓦尔气体保护罩喉管和所述内层拉瓦尔气体保护罩喉管为直筒状；所述外层拉瓦尔气体保护罩喉管和所述内层拉瓦尔气体保护罩喉管的直径比为(3-5):1。
18.所述外层拉瓦尔气体保护罩和所述内层拉瓦尔气体保护罩的上述尺寸(收缩角和直径比)是按照拉瓦尔管尺寸设计的；所述外层拉瓦尔气体保护罩和所述内层拉瓦尔气体保护罩能够将对保护气体进行加速，在喉管的部分保护气体的速度能够达到音速。
19.进一步地，所述内层拉瓦尔气体保护罩喉管的底部和所述环形钨极的顶部通过agcuti钎料进行焊接连接；
20.所述外层拉瓦尔气体保护罩喉管的底部和所述冷却铜板的顶部外边缘部位通过agcuti钎料进行焊接连接。
21.进一步地，在所述外层拉瓦尔气体保护罩和所述内层拉瓦尔气体保护罩的顶部安装端盖，在所述端盖上开设第一进气孔和第二进气孔；所述第一进气孔和所述第一保护气体通道连通，所述第二进气孔和所述第二保护气体通道连通。
22.进一步地，所述冷却铜板包括上部板面和下部凸出的冷却水通道，所述上部板面和所述冷却水通道的中间部分为所述中空通道；
23.所述上部面板为圆形，所述出气孔贯穿设置在所述上部面板的上，所述出气孔的数量为6-10个，且所述出气孔围绕所述中空通道均匀设置；
24.所述冷却铜板的下端为为冷却水通道，所述冷却水通道包括冷却水进水孔和冷却水出水口。
25.其中，所述冷却铜板具有冷却熔滴的作用，相当于减小热输入，被钨极熔化的焊丝形成高温的熔滴，高温熔滴经过通有冷却水的冷却铜板的下部被冷却，进而可以进行低温增材。
26.进一步地，所述3d打印焊枪装置还包括：脉动送气装置、脉动送丝装置；
27.所述焊丝1和所述脉动送丝装置相连；
28.所述脉动送气装置和所述所述第一进气孔及所述第二进气孔连接，用于为所述第
一保护气体通道和所述第二保护气体通道输送保护气体。
29.进一步地，采用的保护气体为纯ar气，压缩气体压力在0.5-1.2mpa。
30.进一步地，根据所述环形钨极底部形状的不同，所述环形钨极包括中间尖的环形钨极、底部外侧尖的环形钨极和底部内侧尖的环形钨极三种规格；
31.所述环形钨极和所述冷却铜板之间的所述空隙的高度为5-8mm。
32.一种焊接方法，采用所述双拉瓦尔效应挂壁式高速电弧冷式熔滴3d打印焊枪装置进行焊接，所述方法包括：
33.步骤1：将所述3d打印焊枪装置固定在焊接操作机上，通过调节焊接操作机来调节所述3d打印焊枪装置的位置，使所述3d打印焊枪装置位于要增材物体的正上方，调节所述3d打印焊枪装置中环形钨极距离基板上方4-8mm；
34.步骤2：打开脉动送气装置和脉动送丝装置，将保护气体从端盖上开设的第一进气孔和第二进气孔送入所述第一保护气体通道和所述第二保护气体通道；其中，采用的保护气体为纯ar气，压缩气体压力在0.5-1.2mpa；
35.脉动送丝过程中焊丝熔化形成的熔滴在从焊丝尾部脱落时比普通的等速送丝多了一个轴向机械力帮助熔滴过渡，使熔滴可以以更小的形态脱落，从而达到细化熔滴的效果，加上脉动送气的脉动气体的推力可以使熔滴更加细化；形成脉动送气和脉动送丝的协同作用；
36.步骤3：调整焊接参数：焊接电流峰值为150-200a，脉动送丝频率1-5hz，送丝速度为1-5m/min，焊接速度200-400mm/min，脉动送气频率1-4hz，或采用恒速流动气体；
37.步骤4：启动焊接电源，开始增材；
38.步骤5：增材完成后，依次关闭焊接电源、脉动送气装置和脉动送丝装置。
39.本发明的有益技术效果：
40.本发明提供的3d打印焊枪装置采用外、内双层拉瓦尔气体保护罩不仅可以使第二保护气体通道的保护气体加速，加速熔滴过渡，还在内、外管道内形成了第一保护气体通道，可以压缩环形电弧，使环形电弧成为薄壁状熔化焊丝，熔化的熔滴通过冷却铜板经过冷却后滴到增材基板上进行超低热输入增材，同时经过拉瓦尔效应的保护气体加速的熔滴加强了熔滴对熔池的冲击。其中，形成薄壁状的电弧相当于电弧被压缩，就可获得一种比一般电弧温度更高、能量更集中的热源，而且薄壁状的电弧可以控制电弧形态，不会像一般电弧一样左右飘动，增强了电弧挺度。
41.本发明提供的3d打印焊枪装置采用脉动送丝具有飞溅小、焊缝成形美观、焊接质量好、熔滴过渡过程可控，适用于全位置焊接等优点，脉动送气的方式提高了焊接电弧力，保护气的脉动冲击力加强了焊缝的冲击搅拌的作用，使熔池内液态金属流动增加熔深，同时促使熔池内气泡、杂质更容易溢出，减少焊缝的气孔、夹杂等焊接缺陷，增强了焊缝的质量，降低了增材焊接堆焊热输入，与现有技术相比，晶粒尺寸减少10-50％，提升了抗拉强度30％以上。
附图说明
42.图1为本发明实施例中一种双拉瓦尔效应挂壁式高速电弧冷式熔滴3d打印焊枪装置结构示意图；
43.图2为本发明实施例中3d打印焊枪装置结工作状态结构示意图；
44.图3a-c分别为本发明实施例中中间尖的环形钨极、底部外侧尖的环形钨极和底部内侧尖的环形钨极的立体结构示意图。
45.图4a-c分别为本发明实施例中中间尖的环形钨极、底部外侧尖的环形钨极和底部内侧尖的环形钨极的剖面结构示意图。
46.图5a为本发明实施例中冷却铜板立体结构示意图。
47.图5b为本发明实施例中冷却铜板剖面结构示意图。
48.附图标记：1.焊丝，2.外层拉瓦尔气体保护罩，3.内层拉瓦尔气体保护罩，4.环形钨极，5.端盖，6.冷却铜板，21.外层拉瓦尔气体保护罩直通管，22.外层拉瓦尔气体保护罩收缩管，23.外层拉瓦尔气体保护罩喉管，31.内层拉瓦尔气体保护罩直通管，32.内层拉瓦尔气体保护罩收缩管，33.内层拉瓦尔气体保护罩喉管，51.第一进气口，52.第二进气口，61.出气孔，62.冷却水入口，63.冷却水出口。
具体实施方式
49.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
50.相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
51.本发明实施例提供一种双拉瓦尔效应挂壁式高速电弧冷式熔滴3d打印焊枪装置，如图1所示，所述3d打印焊枪装置包括：双拉瓦尔保护气罩、环形钨极4、焊丝1、冷却铜板6；
52.所述双拉瓦尔保护气罩包括外层拉瓦尔气体保护罩2和内层拉瓦尔气体保护罩3；
53.所述内层拉瓦尔气体保护罩3的底部和所述环形钨极4的顶部连接；所述外层拉瓦尔气体保护罩2的底部和所述冷却铜板6连接；所述环形钨极4设置在所述冷却铜板6的上方，所述环形钨极4和所述冷却铜板6设置具有一定高度的空隙。具体地，在本实施例中，所述环形钨极4和所述冷却铜板6之间的所述空隙的高度为5-8mm。
54.所述外层拉瓦尔气体保护罩2和所述内层拉瓦尔气体保护罩3之间的空间为第一保护气体通道，所述内层拉瓦尔气体保护罩3的内部空间为第二保护气体通道；所述第一保护气体通道和所述第二保护气体通道的上方分别开设有进气孔；
55.所述冷却铜板6的中间设置用于熔滴增材通道的中空通道，且在所述冷却铜板6上设置出气孔；所述中空通道与环形钨极4及所述第二保护气体通道连通；所述出气孔与所述第一保护气体通道连通；
56.所述焊丝1设置于所述内层拉瓦尔气体保护罩3的中轴线上，所述环形钨极4为中空结构，所述焊丝1伸至所述环形钨极4的底部。
57.在本实施例中，所述外层拉瓦尔气体保护罩2包括从上到下依次连通的外层拉瓦尔气体保护罩直通管21、外层拉瓦尔气体保护罩收缩管22、外层拉瓦尔气体保护罩喉管23；
58.所述内层拉瓦尔气体保护罩3包括从上到下依次连通的内层拉瓦尔气体保护罩直
通管31、内层拉瓦尔气体保护罩收缩管32、内层拉瓦尔气体保护罩喉管33。
59.在本实施例中，所述外层拉瓦尔气体保护罩收缩管22和所述内层拉瓦尔气体保护罩收缩管32的收缩角范围为30
°‑
60
°
；其中，所述收缩角为喉管与收缩管的夹角θ；对于同一个3d打印焊枪装置中所述外层拉瓦尔气体保护罩收缩管22和所述内层拉瓦尔气体保护罩收缩管32的收缩角相同；
60.所述外层拉瓦尔气体保护罩收缩管22和所述内层拉瓦尔气体保护罩收缩管32的截面面积从上到下逐渐递减，所述外层拉瓦尔气体保护罩收缩管22和所述内层拉瓦尔气体保护罩收缩管32在同一水平面上对应的圆形截面的直径比为3-5:1；
61.所述外层拉瓦尔气体保护罩喉管23和所述内层拉瓦尔气体保护罩喉管33为直筒状；所述外层拉瓦尔气体保护罩喉管23和所述内层拉瓦尔气体保护罩喉管33的直径比为3-5:1。
62.其中，电弧经过两个通道气体的作用形成“挂壁式”环形电弧，“挂壁式”环形电弧形成原因是内、外两层双拉瓦尔管中的高速气流从中空环形钨极中喷出时，在中空环形钨极的底部对电弧进行了压缩，仿佛挂在墙壁上一样垂直向下，故称为“挂壁式”环形电弧。
63.在本实施例中，所述内层拉瓦尔气体保护罩喉管33的底部和所述环形钨极4的顶部通过agcuti钎料进行焊接连接；
64.所述外层拉瓦尔气体保护罩喉管23的底部和所述冷却铜板6的顶部外边缘部位通过agcuti钎料进行焊接连接。
65.在本实施例中，在所述外层拉瓦尔气体保护罩2和所述内层拉瓦尔气体保护罩3的顶部安装端盖5，在所述端盖5上开设第一进气孔51和第二进气孔52；所述第一进气孔51和所述第一保护气体通道连通，所述第二进气孔52和所述第二保护气体通道连通。
66.在本实施例中，如图5a-b所示，所述冷却铜板6包括上部板面和下部凸出的冷却水通道，所述上部板面和所述冷却水通道的中间部分为所述中空通道；
67.所述上部面板为圆形，所述出气孔贯穿设置在所述上部面板的上，所述出气孔的数量为6-10个，且所述出气孔围绕所述中空通道均匀设置；
68.所述冷却铜板6的下端为为冷却水通道，所述冷却水通道包括冷却水进水孔62和冷却水出水口63。
69.其中，所述冷却水通道与冷却水装置连接，所述冷却水装置为常规冷却装置。所述冷却水进水孔62和所述冷却水出水口63设置在所述冷却水通道相对的两侧。
70.在本实施例中，如图2所示，所述3d打印焊枪装置还包括：脉动送气装置、脉动送丝装置；
71.所述焊丝1和所述脉动送丝装置相连；所述脉动送丝装置由脉冲控制器控制，单位时间内焊丝的送进以“一停一送”的方式进行。
72.所述脉动送气装置和所述所述第一进气孔51及所述第二进气孔52连接，用于为所述第一保护气体通道和所述第二保护气体通道输送保护气体。所述脉动送气装置控制保护气体的运输，主要过程是通过plc编程设置具体参数，并控制系统各组件的工作来完成。所述脉动送丝装置和所述脉动送气装置是现有技术，因此在此不再赘述。
73.在本实施例中，采用的保护气体为纯ar气，压缩气体压力在0.5-1.2mpa。
74.在本实施例中，如图3a-c、图4a-c所示，根据所述环形钨极底部形状的不同，所述
环形钨极包括中间尖的环形钨极、底部外侧尖的环形钨极和底部内侧尖的环形钨极三种规格。中间尖的环形钨极产生的熔滴由于收到两侧高速保护气体的压缩形成的熔滴最小，底部内侧尖的环形钨极产生的熔滴由于靠近焊丝所形成的熔滴最大，底部外侧尖的环形钨极所形成的熔滴大小介于二者中间，可根据所需熔滴大小进行钨极规格的选择。
75.本发明还提供一种焊接方法实施例，采用上述双拉瓦尔效应挂壁式高速电弧冷式熔滴3d打印焊枪装置进行焊接，所述方法包括：
76.步骤1：将所述3d打印焊枪装置固定在焊接操作机上，通过调节焊接操作机来调节所述3d打印焊枪装置的位置，使所述3d打印焊枪装置位于要增材物体的正上方，调节所述3d打印焊枪装置中环形钨极距离基板上方4-8mm；
77.优选地，焊丝采用az80m，直径为1.6mm，焊丝伸出长度为12mm，基板选用8mm的az80m镁合金，
78.步骤2：打开脉动送气装置和脉动送丝装置，将保护气体从端盖5上开设的第一进气孔51和第二进气孔52送入所述第一保护气体通道和所述第二保护气体通道；其中，采用的保护气体为纯ar气，压缩气体压力在0.5-1.2mpa；
79.脉动送丝过程中焊丝熔化形成的熔滴在从焊丝尾部脱落时比普通的等速送丝多了一个轴向机械力帮助熔滴过渡，使熔滴可以以更小的形态脱落，从而达到细化熔滴的效果，加上脉动送气的脉动气体的推力可以使熔滴更加细化；形成脉动送气和脉动送丝的协同作用；
80.步骤3：调整焊接参数：焊接电流峰值为150-200a，脉动送丝频率1-5hz，送丝速度为1-5m/min，焊接速度200-400mm/min，脉动送气频率1-4hz，或采用恒速流动气体；
81.步骤4：启动焊接电源，开始增材；
82.步骤5：增材完成后，依次关闭焊接电源、脉动送气装置和脉动送丝装置。
83.本实施例提供的3d打印焊枪装置通过双拉瓦尔效应的保护气罩对送进的保护气体进行压缩，外、内两个通道内的压缩气体被加速到400-600m/s，对环形钨极产生的电弧进行压缩，形成“薄壁”状，熔化的焊丝经过冷却铜板滴到基板上进行增材，当焊接电流峰值为150-200a，脉动送丝频率1-5hz，送丝速度为1-5m/min，焊接速度200-400mm/min，脉动送气频率1-4hz时，加速了对熔池的冲击，使熔池内液态金属流动增强，增加了熔深，同时可以促进熔池内气泡、杂质的溢出，减少焊缝的气孔、夹杂等焊接缺陷，焊缝成型较好，增强了焊缝的质量，晶粒尺寸范围为：10-80um，水平方向抗拉强度范围为：290-310mpa，垂直方向上的抗拉强度范围为：220-240mpa。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种双拉瓦尔效应挂壁式高速电弧冷式熔滴3d打印焊枪装置，其特征在于，所述3d打印焊枪装置包括：双拉瓦尔保护气罩、环形钨极(4)、焊丝(1)、冷却铜板(6)；所述双拉瓦尔保护气罩包括外层拉瓦尔气体保护罩(2)和内层拉瓦尔气体保护罩(3)；所述内层拉瓦尔气体保护罩(3)的底部和所述环形钨极(4)的顶部连接；所述外层拉瓦尔气体保护罩(2)的底部和所述冷却铜板(6)连接；所述环形钨极(4)设置在所述冷却铜板(6)的上方，所述环形钨极(4)和所述冷却铜板(6)设置具有一定高度的空隙；所述外层拉瓦尔气体保护罩(2)和所述内层拉瓦尔气体保护罩(3)之间的空间为第一保护气体通道，所述内层拉瓦尔气体保护罩(3)的内部空间为第二保护气体通道；所述第一保护气体通道和所述第二保护气体通道的上方分别开设有进气孔；所述冷却铜板(6)的中间设置用于熔滴增材通道的中空通道，且在所述冷却铜板(6)上设置出气孔；所述中空通道与环形钨极(4)及所述第二保护气体通道连通；所述出气孔与所述第一保护气体通道连通；所述环形钨极(4)为中空结构，所述焊丝1设置于所述内层拉瓦尔气体保护罩(3)的中轴线上，所述焊丝1伸至所述环形钨极(4)的底部。2.根据权利要求1所述一种双拉瓦尔效应挂壁式高速电弧冷式熔滴3d打印焊枪装置，其特征在于，所述外层拉瓦尔气体保护罩(2)包括从上到下依次连通的外层拉瓦尔气体保护罩直通管(21)、外层拉瓦尔气体保护罩收缩管(22)、外层拉瓦尔气体保护罩喉管(23)；所述内层拉瓦尔气体保护罩(3)包括从上到下依次连通的内层拉瓦尔气体保护罩直通管(31)、内层拉瓦尔气体保护罩收缩管(32)、内层拉瓦尔气体保护罩喉管(33)。3.根据权利要求2所述一种双拉瓦尔效应挂壁式高速电弧冷式熔滴3d打印焊枪装置，其特征在于，所述外层拉瓦尔气体保护罩收缩管(22)和所述内层拉瓦尔气体保护罩收缩管(32)的收缩角范围为30
°‑
60
°
；所述外层拉瓦尔气体保护罩收缩管(22)和所述内层拉瓦尔气体保护罩收缩管(32)的截面面积从上到下逐渐递减，所述外层拉瓦尔气体保护罩收缩管(22)和所述内层拉瓦尔气体保护罩收缩管(32)在同一水平面上对应的圆形截面的直径比为(3-5):1；所述外层拉瓦尔气体保护罩喉管(23)和所述内层拉瓦尔气体保护罩喉管(33)为直筒状；所述外层拉瓦尔气体保护罩喉管(23)和所述内层拉瓦尔气体保护罩喉管(33)的直径比为(3-5):1。4.根据权利要求2所述一种双拉瓦尔效应挂壁式高速电弧冷式熔滴3d打印焊枪装置，其特征在于，所述内层拉瓦尔气体保护罩喉管(33)的底部和所述环形钨极(4)的顶部通过agcuti钎料进行焊接连接；所述外层拉瓦尔气体保护罩喉管(23)的底部和所述冷却铜板(6)的顶部外边缘部位通过agcuti钎料进行焊接连接。5.根据权利要求1所述一种双拉瓦尔效应挂壁式高速电弧冷式熔滴3d打印焊枪装置，其特征在于，在所述外层拉瓦尔气体保护罩(2)和所述内层拉瓦尔气体保护罩(3)的顶部安装端盖(5)，在所述端盖(5)上开设第一进气孔(51)和第二进气孔(52)；所述第一进气孔(51)和所述第一保护气体通道连通，所述第二进气孔(52)和所述第二保护气体通道连通。6.根据权利要求1所述一种双拉瓦尔效应挂壁式高速电弧冷式熔滴3d打印焊枪装置，其特征在于，所述冷却铜板(6)包括上部板面和下部凸出的冷却水通道，所述上部板面和所
述冷却水通道的中间部分为所述中空通道；所述上部面板为圆形，所述出气孔贯穿设置在所述上部面板的上，所述出气孔的数量为6-10个，且所述出气孔围绕所述中空通道均匀设置；所述冷却铜板(6)的下端为为冷却水通道，所述冷却水通道包括冷却水进水孔(62)和冷却水出水口(63)。7.根据权利要求4所述一种双拉瓦尔效应挂壁式高速电弧冷式熔滴3d打印焊枪装置，其特征在于，所述3d打印焊枪装置还包括：脉动送气装置、脉动送丝装置；所述焊丝1和所述脉动送丝装置相连；所述脉动送气装置和所述所述第一进气孔(51)及所述第二进气孔(52)连接，用于为所述第一保护气体通道和所述第二保护气体通道输送保护气体。8.根据权利要求7所述一种双拉瓦尔效应挂壁式高速电弧冷式熔滴3d打印焊枪装置，其特征在于，采用的保护气体为纯ar气，压缩气体压力在0.5-1.2mpa。9.根据权利要求7所述一种双拉瓦尔效应挂壁式高速电弧冷式熔滴3d打印焊枪装置，其特征在于，根据所述环形钨极(4)底部形状的不同，所述环形钨极包括中间尖的环形钨极、底部外侧尖的环形钨极和底部内侧尖的环形钨极三种；所述环形钨极(4)和所述冷却铜板(6)之间的所述空隙的高度为5-8mm。10.一种焊接方法，采用权利要求1-9任一项所述双拉瓦尔效应挂壁式高速电弧冷式熔滴3d打印焊枪装置进行焊接，其特征在于，所述方法包括：步骤1：将所述3d打印焊枪装置固定在焊接操作机上，通过调节焊接操作机来调节所述3d打印焊枪装置的位置，使所述3d打印焊枪装置位于要增材物体的正上方，调节所述3d打印焊枪装置中环形钨极距离基板上方4-8mm；步骤2：打开脉动送气装置和脉动送丝装置，将保护气体从端盖(5)上开设的第一进气孔(51)和第二进气孔(52)送入所述第一保护气体通道和所述第二保护气体通道；其中，采用的保护气体为纯ar气，压缩气体压力在0.5-1.2mpa；步骤3：调整焊接参数：焊接电流峰值为150-200a，脉动送丝频率1-5hz，送丝速度为1-5m/min，焊接速度200-400mm/min，脉动送气频率1-4hz，或采用恒速流动气体；步骤4：启动焊接电源，开始增材；步骤5：增材完成后，依次关闭焊接电源、脉动送气装置和脉动送丝装置。

技术总结
本发明属于电弧增材设备领域，涉及一种双拉瓦尔效应冷式熔滴累积的3D打印焊枪装置及焊接方法。所述3D打印焊枪装置采用外、内双层拉瓦尔气体保护罩不仅可以使第二保护气体通道的保护气体加速，加速熔滴过渡，还在内、外管道内形成了第一保护气体通道，可以压缩环形电弧，使环形电弧成为薄壁状熔化焊丝，熔化的熔滴通过冷却铜板经过冷却后滴到增材基板上进行超低热输入增材，同时经过拉瓦尔效应的保护气体加速的熔滴加强了熔滴对熔池的冲击；脉动送气的方式提高了焊接电弧力，保护气的脉动冲击力加强了焊缝的冲击搅拌的作用，使熔池内液态金属流动增加熔深，同时促使熔池内气泡、杂质更容易溢出，减少焊缝的气孔、夹杂等焊接缺陷，增强了焊缝的质量。增强了焊缝的质量。增强了焊缝的质量。


技术研发人员：张洪涛 余果 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：2023.04.06
技术公布日：2023/8/24