电弧负压力约束的钨极氩弧增材制造方法技术

本发明专利技术公开了一种电弧负压力约束的钨极氩弧增材制造方法，包括：在焊接喷嘴或者焊枪外设置通电线圈以形成磁场中心线与电弧中心线平行或重合的纵向磁场；调整纵向磁场的磁场强度，使得磁场强度大于设定的临界值，并将大于所述临界值的磁场强度作为目标磁场强度；将磁场强度达到目标磁场强度的纵向磁场作用于焊接电弧，使得电弧力方向与重力方向相反，进而形成电弧负压力约束的钨极氩弧增材制造方法；以设定夹角将焊丝送进焊接区域，使得焊丝在焊接电弧区域熔化，并在电弧负压力作用下，进行钨极氩弧焊熔丝增材制造过程；本发明专利技术能够有效控制钨极氩弧焊熔丝增材制造过程，提高精度、效率和性能，为现代电弧增材制造技术提供了新方法。了新方法。了新方法。

【技术实现步骤摘要】
电弧负压力约束的钨极氩弧增材制造方法


[0001]本专利技术涉及增材制造领域，具体涉及一种电弧负压力约束的钨极氩弧增材制造方法。

技术介绍

[0002]常规钨极氩弧增材制造中，焊接电弧是一种等离子体，由焊接电弧等离子体形成的等离子流力为焊接电弧力，焊接电弧力是焊接电弧中高速运动等离子流体所产生的轴向冲击力，在常规钨极氩弧焊熔丝增材制造过程中，相对于焊接熔池而言，焊接电弧力始终是一种轴向的正压力，因此，在常规钨极氩弧焊熔丝增材制造条件下，由于是电弧正压力作用于焊接熔池表面，就使得焊接熔池产生液面差，焊接熔池发生凹陷等现象。
[0003]在常规钨极氩弧焊熔丝增材制造条件下，电弧正压力不仅直接影响熔池内熔体运动状况，还对熔滴过渡、熔池截面形状、焊缝凝固组织和接头质量起到支配作用，特别是在高速、高效增材制造时会导致焊缝不连续、产生驼峰等许多不良现象，同时，还会影响钨极氩弧焊熔丝增材制造的效率和接头性能。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的是克服现有技术中的缺陷，提供电弧负压力约束的钨极氩弧增材制造方法，能够有效控制钨极氩弧焊熔丝增材制造过程，提高精度、效率和性能，为现代电弧增材制造技术提供了新方法。
[0005]本专利技术的电弧负压力约束的钨极氩弧增材制造方法，包括：
[0006]在焊接喷嘴或者焊枪外设置通电线圈以形成磁场中心线与电弧中心线平行或重合的纵向磁场；
[0007]调整纵向磁场的磁场强度，结合常规钨极氩弧增材制造工艺参数，使得磁场强度大于电弧负压力约束钨极氩弧增材制造工艺条件下所需要设定的临界值，并将大于所述临界值的磁场强度作为目标磁场强度；
[0008]将磁场强度达到目标磁场强度的纵向磁场作用于电弧，使得电弧力方向与重力方向相反，促使电弧力由正压力转变为负压力，进而形成电弧负压力约束的钨极氩弧增材制造工艺；
[0009]以设定夹角将焊丝送进焊接区域，使得焊丝在焊接电弧区域熔化，并在电弧负压力作用下，进行钨极氩弧焊熔丝增材制造过程；所述夹角为焊丝与焊接方向的夹角。
[0010]进一步，所述通电线圈采用空心线圈，空心线圈为螺旋绕线线圈，线圈内置铁芯和冷却结构，冷却结构保证线圈适应在焊接高温环境条件下能正常工作，将空心线圈安装在焊接喷嘴或者焊枪外，或者将空心线圈与焊炬或者焊枪集成为一体，形成紧凑的外加磁场
‑
焊枪或者焊炬一体化整体结构，并在所述空心线圈上施加励磁电流以形成外加纵向磁场复合钨极氩弧焊熔丝增材制造模式。
[0011]进一步，所述励磁电流的波形、方向、频率以及幅值可调节或可设定；所述励磁电
流包括直流、交流、脉冲以及变极性。
[0012]进一步，所述纵向磁场的磁场方向与电弧中心轴向平行或重合；所述纵向磁场为间隙交变纵向磁场、恒定纵向磁场、脉冲纵向磁场、正弦波纵向磁场、交变纵向磁场中的一种。
[0013]进一步，所述间隙交变纵向磁场的占空比为10～60％，间隙交变纵向磁场的频率为1～30Hz。
[0014]进一步，所述夹角的角度范围为15～80度，采用旁轴送丝的方式，将焊丝送进焊接区域；根据增材制造材料性能，采用热丝或者冷丝方式，将焊丝送进焊接区域；所述焊丝为实心焊丝、药芯焊丝、粉芯焊丝中的一种。
[0015]进一步，所述钨极氩弧增材制造方法的工艺参数为：钨极直径为1.2～6mm，增材制造电流为40～450A，增材制造电弧长度为1～4.8mm，增材制造电压为8～65V，增材制造速度为10～600cm/min，增材制造焊丝直径为0.6～4.0mm，增材制造送丝速度为10～800cm/min，增材制造效率为0.1～5Kg/h，保护气体流量为10～80L/min，保护气体为99.99％氩气、99.99％氦气、99.99％氩气和99.99％氦气的混合气体中的一种，增材制造的层间温度控制在100～400℃。
[0016]进一步，当增材制造电流为100A以及弧长为3mm时，外加纵向磁场强度的临界值为0.02T，电弧中心的电弧压力为0Pa；
[0017]当增材制造电流为120A以及弧长为3mm时，外加纵向磁场强度的临界值为0.022T，电弧中心的电弧压力为0Pa；
[0018]当增材制造电流为150A以及弧长为3mm时，外加纵向磁场强度的临界值为0.026T，电弧中心的电弧压力为0Pa。
[0019]进一步，所述电弧的电弧力为吸引力，熔滴在电弧吸引力的作用下进行熔滴过渡，电弧对熔池具有吸引力作用，用于低碳钢、合金钢、不锈钢、装甲钢、轴承钢、模具钢、铝合金、钛合金、镁合金、铜合金、高温合金、高熵合金、难熔金属、以及单晶材料的增材制造。
[0020]本专利技术的有益效果是：本专利技术公开的一种电弧负压力约束的钨极氩弧增材制造方法，通过使用外加磁场与焊接电弧、熔丝焊接熔滴、焊接熔池内部分布电流所产生的洛伦兹力，实现了电弧负压力，能够有效控制钨极氩弧焊熔丝增材制造的成形成性，有益于建立电弧负压力约束的电弧焊熔丝增材制造科学技术体系，为现代电弧增材制造技术提供了新方法，产出从无到有基于电弧负压力约束的钨极氩弧焊熔丝增材制造科学技术的原创性成果，具有较高的工程应用价值。
附图说明
[0021]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述：
[0022]图1为本专利技术的电弧负压力钨极氩弧增材制造原理示意图；
[0023]图2为本专利技术的电弧正压力钨极氩弧增材制造原理示意图；
[0024]其中，1
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钨极，2
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电弧负压，3
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熔池，4
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工件，5
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熔池表面，6
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焊接电弧，7
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焊丝，8
‑
电弧正压。
具体实施方式
[0025]以下结合说明书附图对本专利技术做出进一步的说明，如图所示：
[0026]本专利技术的电弧负压力约束的钨极氩弧增材制造方法，采用外加纵向磁场控制钨极氩弧焊接电弧,促使电弧形成电弧负压力,构成电弧负压力约束的钨极氩弧增材制造方法；包括：
[0027]在焊接喷嘴或者焊枪外设置通电线圈以形成磁场中心线与电弧中心线平行或重合的纵向磁场；
[0028]调整纵向磁场的磁场强度，结合常规钨极氩弧增材制造工艺参数，使得磁场强度大于电弧负压力约束钨极氩弧增材制造工艺条件下所需要设定的临界值，并将大于所述临界值的磁场强度作为目标磁场强度；
[0029]将磁场强度达到目标磁场强度的纵向磁场作用于电弧，使得电弧力方向与重力方向相反，促使电弧力由正压力转变为负压力，进而形成电弧负压力约束的钨极氩弧增材制造工艺；
[0030]以设定夹角将焊丝送进焊接区域，使得焊丝在焊接电弧区域熔化，并在电弧负压力作用下，进行钨极氩弧焊熔丝增材制造过程；所述夹角为焊丝与焊接方向的夹角。
[0031]本专利技术采用外加纵向磁场方式诱导钨极氩弧焊熔丝增材制造过程焊接电弧出现电弧负压力现象，通过电磁热本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电弧负压力约束的钨极氩弧增材制造方法，其特征在于：包括：在焊接喷嘴或者焊枪外设置通电线圈以形成磁场中心线与电弧中心线平行或重合的纵向磁场；调整纵向磁场的磁场强度，结合常规钨极氩弧增材制造工艺参数，使得磁场强度大于电弧负压力约束钨极氩弧增材制造工艺条件下所需要设定的临界值，并将大于所述临界值的磁场强度作为目标磁场强度；将磁场强度达到目标磁场强度的纵向磁场作用于电弧，使得电弧力方向与重力方向相反，促使电弧力由正压力转变为负压力，进而形成电弧负压力约束的钨极氩弧增材制造工艺；以设定夹角将焊丝送进焊接区域，使得焊丝在焊接电弧区域熔化，并在电弧负压力作用下，进行钨极氩弧焊熔丝增材制造过程；所述夹角为焊丝与焊接方向的夹角。2.根据权利要求1所述的电弧负压力约束的钨极氩弧增材制造方法，其特征在于：所述通电线圈采用空心线圈，空心线圈为螺旋绕线线圈，线圈内置铁芯和冷却结构，冷却结构保证线圈适应在焊接高温环境条件下能正常工作，将空心线圈安装在焊接喷嘴或者焊枪外，或者将空心线圈与焊炬或者焊枪集成为一体，形成紧凑的外加磁场
‑
焊枪或者焊炬一体化整体结构，并在所述空心线圈上施加励磁电流以形成外加纵向磁场复合钨极氩弧焊熔丝增材制造模式。3.根据权利要求2所述的电弧负压力约束的钨极氩弧增材制造方法，其特征在于：所述励磁电流的波形、方向、频率以及幅值可调节或可设定；所述励磁电流包括直流、交流、脉冲以及变极性。4.根据权利要求1所述的电弧负压力约束的钨极氩弧增材制造方法，其特征在于：所述纵向磁场的磁场方向与电弧中心轴向平行或重合；所述纵向磁场为间隙交变纵向磁场、恒定纵向磁场、脉冲纵向磁场、正弦波纵向磁场、交变纵向磁场中的一种。5.根据权利要求1或2或3或4所述的电弧负压力约束的钨极氩弧增材制造方法，其特征在于：所述间隙交变纵向磁场的占空比为10～60％，间隙交变...

【专利技术属性】
技术研发人员：王颖，罗键，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：