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一种环形电极MIG复合的新型焊接设备及成形方法.pdf

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一种 环形 电极 MIG 复合 新型 焊接设备 成形 方法
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摘要
申请专利号:

CN201910040732

申请日:

20190116

公开号:

CN109570697A

公开日:

20190405

当前法律状态:

公开

有效性:

审中

法?#19978;?#24773;: 公开
IPC分类号: B23K9/04;B23K9/167;B23K9/235;B33Y10/00;B33Y30/00 主分类号: B23K9/04;B23K9/167;B23K9/235;B33Y10/00;B33Y30/00
申请人: 三峡大学
发明人: 周祥曼;田启华;杜义贤;刘练
地址: 443002 湖北省宜昌?#24418;?#38517;区大学路8号
优先权:
专利代理机构: 42103 代理人: 李登桥
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法律状态
申请(专利)号:

CN201910040732

授权公告号:

法律状态公告日:

20190405

法律状态类型:

公开

摘要

本发明公开了一种环形电极?MIG复合的新型焊接设备及成形方法,它包括环形钨电极,所述环形钨电极的外部安装有保护气喷嘴,所述环形钨电极采用单独的环形电弧电源与基板相连,并产生环形电弧;所述环形钨电极的中心位置设置有焊丝,所述焊丝采用单独的MIG主电源与基板相连,并产生MIG电弧;所述环形电弧和MIG电弧形成复合电弧进行电弧熔积成形。通过内置环形钨电极在焊丝电弧之外产生环形电弧作用焊道的和熔池区域的方法,减小熔积区域的温度梯度,同时环形电弧所产生的电磁场可以加大了熔池搅拌,以解决现有技术中提及的上述问题。

权利要求书

1.一种环形电极-MIG复合的新型焊接设备,其特征在于,它包括环形钨电极(2),所述环形钨电极(2)的外部安装有保护气喷嘴(3),所述环形钨电极(2)采用单独的环形电弧电源(9)与基板(6)相连,并产生环形电弧(4);所述环形钨电极(2)的中心位置设置有焊丝(1),所述焊丝(1)采用单独的MIG主电源(8)与基板(6)相连,并产生MIG电弧(5);所述环形电弧(4)和MIG电弧(5)形成复合电弧进行电弧熔积成形。 2.根据权利要求1所述的一种环形电极-MIG复合的新型焊接设备,其特征在于:所述保护气喷嘴(3)、焊丝(1)和环形钨电极(2)采用同轴布置。 3.根据权利要求1所述的一种环形电极-MIG复合的新型焊接设备,其特征在于:所述环形钨电极(2)和焊丝(1)各自采用一套单独的控制系统,并单独控制其?#38382;?4.根据权利要求1所述的一种环形电极-MIG复合的新型焊接设备,其特征在于:所述环形电弧(4)的温度低于MIG电弧(5)的温度。 5.根据权利要求1所述的一种环形电极-MIG复合的新型焊接设备,其特征在于:所述环形电弧(4)完全包裹MIG电弧(5)。 6.采用权利要求1-5?#25105;?#19968;项所述环形电极-MIG复合的新型焊接设备进行增材成形的方法,其特征在于,它包括以下步骤: Step1:将焊丝(1)通过控制系统与MIG主电源(8)相连,并将环形钨电极(2)通过独立的控制系统与环形电弧电源(9)相连; Step2?#28938;?#25454;需要成形的不同材料特性,调节各自的控制系统,使得环形电弧(4)和MIG电弧(5)相配合,并达到最佳效果为准; Step3:启动环形电弧电源(9)和MIG主电源(8),进而产生环形电弧(4)和MIG电弧(5); Step4:熔积?#20445;?#29615;形电弧(4)完全包围MIG电弧(5)从而扩大焊道的受热面积,?#26723;?#29076;池区域的温度梯度,从而?#26723;?#25104;形工件的残余应力和变形、改善微观组织的不均匀性;同时外部的环形电弧(4)增大了MIG电弧(5)所受到的磁场作用,加大了熔池搅拌,提高了化学元素的均匀性,并减少气孔、?#24615;?#20918;金缺陷。

说明书


一种环形电极-MIG复合的新型焊接设备及成形方法
技术领域


本发明属于电弧增材制造领域,具体涉及一种环形电弧-MIG复合的新型电弧增材
制造装置及成形方法,并能够?#26723;?#25104;形零件残余应力、变形和冶金缺陷以及具有均匀微观
组织的电弧增减材制造方法。


背景技术


电弧增材制造是一种以焊接电弧(MIG、TIG、PAW)为热源的金属增材制造技术。电
弧增材制造?#36816;?#26448;为成形材料,熔积效率高,设备和原材?#36132;度?#20302;,可以直接成形多种金属
材料。其中以MIG为热源的电弧增材制造技术的主要问题有:1)热输入大且热量集中容易导
致成形组织?#21482;?#27531;余应力应变大;2)MIG电弧热集中的特性难以改变,常规的方法如改变
热输入易?#26723;?#29076;积效?#30465;?#36825;些问题成为金属增材制造技术发展的瓶?#20445;?#20174;而制约了金属增
材制造技术的大规模应用推广。


目前电弧焊接技术研究中也?#22411;?#36807;复合外加磁场的方式改变电弧的过度集中以
及增强电磁搅拌作用,如“一种磁场控制式电弧机器人增材成形方法(CN201711313196)”提
出一种轴向磁场控制的电弧增材成形方法及装置,这种方法虽然采用的外加磁场对熔池进
行不同程度的振荡搅拌,但外加磁场对熔池的搅拌作用有限,尤其是对于MIG焊来说有一定
的限制,磁场过小效果不明显,而过大容易影响电弧和金属过渡的稳定性;还?#22411;?#36807;外加力
作用已成形焊道的方式减小残余应力,如“零件与模具的熔积成形复合制造方法及其辅助
装置(CN201010147632)”采用外加轧辊的方式轧制成形焊道课控制成形形貌和残余应力,
但是此方法并没有改善热输入集中和熔池区域温度梯度大的问题。


发明内容


本发明的主要目的是提出一种环形电极-MIG复合的新型焊接设备及成形方法,重
新设计焊枪和焊接电源,通过内置环形钨电极在焊丝电弧之外产生环形电弧作用焊道的和
熔池区域的方法,减小熔积区域的温度梯度,同时环形电弧所产生的电磁场可以加大了熔
池搅拌,以解决现有技术中提及的上述问题。


为?#31169;?#20915;上述技术问题,本发明提出以下技术方案:一种环形电极-MIG复合的新
型焊接设备,它包括环形钨电极,所述环形钨电极的外部安装有保护气喷嘴,所述环形钨电
极采用单独的环形电弧电源与基板相连,并产生环形电弧;所述环形钨电极的中心位置设
置有焊丝,所述焊丝采用单独的MIG主电源与基板相连,并产生MIG电弧;所述环形电弧和
MIG电弧形成复合电弧进行电弧熔积成形。


所述保护气喷嘴、焊丝和环形钨电极采用同轴布置。


所述环形钨电极和焊丝各自采用一套单独的控制系统,并单独控制其?#38382;?br>

所述环形电弧的温度低于MIG电弧的温度。


所述环形电弧完全包裹MIG电弧。


采用?#25105;?#19968;项所述环形电极-MIG复合的新型焊接设备进行增材成形的方法,它包
括以下步骤:


Step1:将焊?#23458;?#36807;控制系统与MIG主电源相连,并将环形钨电极通过独立的控制系统
与环形电弧电源相连;


Step2?#28938;?#25454;需要成形的不同材料特性,调节各自的控制系统,使得环形电弧和MIG电弧
相配合,并达到最佳效果为准;


Step3:启动环形电弧电源和MIG主电源,进而产生环形电弧和MIG电弧;


Step4:熔积?#20445;?#29615;形电弧完全包围MIG电弧从而扩大焊道的受热面积,?#26723;?#29076;池区域的
温度梯度,从而?#26723;?#25104;形工件的残余应力和变形、改善微观组织的不均匀性;同时外部的环
形电弧增大了MIG电弧所受到的磁场作用,加大了熔池搅拌,提高了化学元素的均匀性,并
减少气孔、?#24615;?#20918;金缺陷。


本发明有如下有益效果:


1、本发明可以通过调控环形电弧和MIG电弧的?#38382;?#23454;现两种电弧的复合和相互影响
来达到扩大焊道的受热面积,?#26723;?#29076;池区域的温度梯度,?#26723;?#25104;形工件的残余应力和变形、
改善微观组织的不均匀性。


2、外部的环形电弧形成的磁场可以加强熔池的电磁搅拌作用有利于?#26723;?#21270;学元
素的不均匀性以及减少气孔、?#24615;?#31561;冶金缺陷,由?#19997;?#20197;实现一些可焊接性差、成形性差的
的金属的电弧增材成形。


3、通过将保护气喷嘴、焊丝和环形钨电极采用同轴布置以便保护气体同时从三者
的内部空间喷出。


4、通过采用单独的控制系统,能?#29615;直?#23545;环形电弧和MIG电弧的?#38382;?#36827;行分别控
制和调节,进而能够根据不同的材料,调节其?#38382;?#26368;终达到最佳的成形效果。


附图说明


下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。


图1为本发明的三维局剖视图。


图2为本发明的二维全剖视图。


图中:焊丝1、环形钨电极2、保护气喷嘴3、环形电弧4、MIG电弧5、基板6、焊道7、MIG
主电源8、环形电弧电源9。


具体实施方式


下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。


实施例1:


如图1-2,一种环形电极-MIG复合的新型焊接设备,它包括环形钨电极2,所述环形钨电
极2的外部安装有保护气喷嘴3,所述环形钨电极2采用单独的环形电弧电源9与基板6相连,
并产生环形电弧4;所述环形钨电极2的中心位置设置有焊丝1,所述焊丝1采用单独的MIG主
电源8与基板6相连,并产生MIG电弧5;所述环形电弧4和MIG电弧5形成复合电弧进行电弧熔
积成形。通过上述结构的焊接设备,其内置环形钨电极2在焊丝电弧之外产生环形电弧作用
于焊道和熔池区域,减小熔积区域的温度梯度,同时环形电弧所产生的电磁场加大了熔池
搅拌,有利于化学元素的均匀性以及有利于减少气孔、?#24615;?#31561;冶金缺陷。


进一步的,所述保护气喷嘴3、焊丝1和环形钨电极2采用同轴布置。


进一步的,所述环形钨电极2和焊丝1各自采用一套单独的控制系统,并单独控制
其?#38382;?br>

进一步的,所述环形电弧4的温度低于MIG电弧5的温度。辅助环形电弧4完全包围
主焊接电弧从而扩大焊道的受热面积,?#26723;?#29076;池区域的温度梯度,从而?#26723;?#25104;形工件的残
余应力和变形、改善微观组织的不均匀性。


进一步的,所述环形电弧4完全包裹MIG电弧5。通过内外电弧同时作用基板、焊道
或者已成形的工件,扩大了受热面积,从而?#26723;?#29076;池区域的温度梯度以及成形工件的残余
应力和变形,进而改善微观组织的不均匀性;同时外部的环形电弧增大了主电弧所受到的
磁场作用,加大了熔池搅拌,有利于化学元素的均匀性以及有利于减少气孔、?#24615;?#31561;冶金缺
陷。


实施例2:


采用?#25105;?#19968;项所述环形电极-MIG复合的新型焊接设备进行增材成形的方法,它包括以
下步骤:


Step1:将焊丝1通过控制系统与MIG主电源8相连,并将环形钨电极2通过独立的控制系
统与环形电弧电源9相连;


Step2?#28938;?#25454;需要成形的不同材料特性,调节各自的控制系统,使得环形电弧4和MIG电
弧5相配合,并达到最佳效果为准;


Step3:启动环形电弧电源9和MIG主电源8,进而产生环形电弧4和MIG电弧5;


Step4:熔积?#20445;?#29615;形电弧4完全包围MIG电弧5从而扩大焊道的受热面积,?#26723;?#29076;池区域
的温度梯度,从而?#26723;?#25104;形工件的残余应力和变形、改善微观组织的不均匀性;同时外部的
环形电弧4增大了MIG电弧5所受到的磁场作用,加大了熔池搅拌,提高了化学元素的均匀
性,并减少气孔、?#24615;?#20918;金缺陷。


熔积过程与普通电弧熔积相同,通过成形单个焊道7以及后续的搭接和往上堆积
来实现三维物体的高效、高质量熔积成形。


通过上述的说明内容,本领域技术人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范
围内,进行多样的变更以及修改都在本发明的保护范围之内。本发明的未尽事宜,属于本领
域技术人员的公知常识。


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