[发明专利]多丝共熔池电弧增材制造TIG焊枪及焊接装置及增材制造方法

说明书

技术领域

本发明属于电弧增材制造技术领域，尤其为多丝共熔池电弧增材制造TIG焊枪及焊接装置及增材制造方法。

背景技术

TIG焊（Tungsten Inert Gas Welding），又称为非熔化极惰性气体钨极保护焊。由于氩气的保护，可隔离空气对熔化金属的氧化作用，所以，TIG焊广泛用于焊接容易被氧化的有色金属铝、镁等及其合金、不锈钢、高温合金、钛及钛合金，还有难熔的活性金属（如钼、铌、锆等），而一般碳钢、低合金钢等普通材料，除了对焊接质量要求很高的场合，一般不采用TIG焊。但是，传统的TIG焊由于其电极的载流能力了有限，电弧功率受到一定限制，且采用旁轴送丝，焊缝熔深浅、焊接速度小。基于上述问题，人们在此基础上发展起来一种热丝TIG焊，它是一种优质、高效、节能的焊接工艺，其基本原理就是在焊丝送进熔池之前，对焊丝进行加热使其达到一定的预热温度，最终实现高速高效焊接的目的。然而热丝TIG焊中，对焊丝进行预热基本采用外置电阻加热的方式，在焊丝上面通过电流，利用焊丝自身的电阻产热从而实现对焊丝的预热，在电阻加热热丝过程中将产生几大工艺问题，分别是磁偏吹、热丝送进位置波动、焊丝进入熔池前氧化难以控制，且在增材制造时容易产生开裂现象。

在热丝TIG焊中，设焊丝的伸出长度为e，焊丝的横截面积为S，焊丝材料的电阻率为ρ，焊丝的加热电流为Iw，则在焊丝上产生的电阻热功率PR为：PR=(I²ρe)/S 。可看出，当焊丝的直径很大、焊丝材料的电阻率很低时，电阻加热的功率将达不到焊丝加热的预热温度，故此方法只适用于大电阻率、较细焊丝加热的情形，很难用于铜、铝等高导电率材料的焊接上，电流加热效率低，焊丝达不到合适的温度。因此，迫切需要热丝TIG焊用于铜合金、铝合金焊接时在热敷效率、预热效果、焊缝质量方面的提升。

目前，采用TIG焊的电弧增材制造技术已受到广泛关注。增材制造是在工件的表面或边缘进行熔敷一层耐磨、耐蚀、耐热等性能金属层的焊接工艺。增材制造对提高零件的使用寿命，合理使用材料，提高产品性能，降低成本有显著的经济效益。增材制造作为材料表面改性的一种经济而快速的工艺方法，越来越广泛地应用于各个工业部门零件的制造修复中，主要有激光熔覆，电弧堆焊等。传统的TIG焊电弧增材制造中最常碰到的问题就是由于熔敷部位残余应力过大而造成的开裂，目前还没有有效解决该问题的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多丝共熔池电弧增材制造TIG焊枪及焊接装置及增材制造方法，以解决传统TIG焊在电弧增材制造时停留时间长、熔敷效率低，熔敷部位应力过大开裂等问题，尤其适合于铜、铝及其合金等活泼金属的增材制造，具体由以下技术方案实现：

多丝共熔池电弧增材制造TIG焊枪，包括枪体，枪体前端设置瓷嘴，其特征在于：所述枪体内部具有空腔，该空腔中贯穿插接有空心钨极从而空心钨极的前端自所述瓷嘴的端口伸出，枪体内壁与所述空心钨极之间形成保护气腔；所述空心钨极内轴向设置有多于一个的送丝腔道；枪体远离所述瓷嘴的另一端设置有连通保护气源的进气孔，并且保护气源同样连通所述送丝腔道。

所述的多丝共熔池电弧增材制造TIG焊枪，其进一步设计在于，所述各送丝腔道与工件相对的端口聚拢设置。

所述的多丝共熔池电弧增材制造TIG焊枪，其进一步设计在于，所述各送丝腔道均匀分布于所述空心钨极的轴线周侧，并且送丝腔道与工件相对的端口均向空心钨极的轴线偏转从而使得送丝腔道的端口向空心钨极的轴线方向聚拢。

所述的多丝共熔池电弧增材制造TIG焊枪，其进一步设计在于，所述送丝腔道有四组。

一种多丝共熔池电弧增材制造TIG焊接装置，该焊接装置包括权利要求1所述的多丝共熔池电弧增材制造TIG焊枪。

所述的多丝共熔池电弧增材制造TIG焊接装置，其进一步设计在于，该焊接装置还包括与所述送丝腔道相对应的多于一个的送丝机构；所述各送丝机构将相应焊丝分别送入各送丝腔道内，所述焊丝穿出送丝腔道并聚拢。