[发明专利]一种用于高氮钢的外送粉电弧增材装置及方法

权利要求书

1.一种利用外送粉电弧增材装置进行电弧增材的方法，其特征在于，增材装置包括焊枪(1)，送气送粉机构(9)和铺粉辊(6)；所述焊枪(1)为双丝熔化极气体保护焊枪，所述送气送粉机构(9)设置在焊枪(1)的一侧，通过送气送粉机构(9)将氮化物粉末送入电弧后侧高温区域；所述焊枪(1)的外壁固设有与双丝连线平行的导轨Ⅰ(2)，且设有垂直于焊枪(1)外壁面的导轨Ⅱ(3)，使得所述送气送粉机构(9)的前、后、左、右运动；所述导轨Ⅰ(2)和导轨Ⅱ(3)上设有限位块，用于对送气送粉机构(9)位置的固定；所述送气送粉机构(9)的上端设有送气口(7)和送粉口(8)，所述送粉口(8)上装有送粉调速器，所述送气口(7)上装有气体流量计；

方法包括如下步骤：

步骤(1)根据目标高氮钢的合金成分，选择合适的焊丝和配制合金粉末；

通过目标高氮钢制品的目标合金成分，确定铁元素含量W_Fe％，选择低碳钢焊丝作为送丝原料；

根据目标高氮钢制品的目标合金成分，确定所需的作为送粉原料的合金粉末中合金元素i的含量W_if％比，经修正关系式W_if_修正％≈W_if％×(1+μi+ξ)修正后得到粉末中合金元素i含量的修正值W_if_修正％；其中μi为烧损系数，μi＝0.2％～5％，ξ为散射飞溅损失系数，ξ＝2％～8％；送粉原料的合金粉末中的合金元素不为铁；

步骤(2)选择合适的送丝速率和送粉速率；

根据目标高氮钢中合金元素i的含量W_i％与铁元素含量的关系式∑W_i％：W_Fe％＝α:β，得到所有合金元素与铁元素的成分比α:β，确定送入熔池的送粉原料的质量与送丝原料的质量比α:β，设进入熔池中的原料粉末质量m_粉＝V_f×Δt，进入熔池的送丝原料的质量m_丝＝(π/4ρ₁d₁²V_s1+π/4ρ₂d₂²V_s2)×Δt，其中V_f为添粉速率，单位为g/min；V_s1、V_s2为送丝速率，单位为m/min；d₁、d₂为焊丝直径，单位为m；ρ₁、ρ₂为焊丝密度，单位为g/m³；Δt为时间，单位为min；

根据公式确定送粉速率V_f与送丝速率V_s1和V_s2参数匹配关系，得简化公式V_f:[K×(V_s1+V_s2)]＝α:β；

选取送丝送率V_s1和V_s2，根据公式V_f:[K×(V_s1+V_s2)]＝α:β，得出送粉速率V_f；

步骤(3)调节双丝熔化极焊枪、填丝丝材与工件表面间距；

步骤(4)调节导轨Ⅱ(3)和送气送粉机构(9)，使合金粉末离开出粉口后可准确的进入电弧后侧的高温区域，铺粉辊(6)将随着焊枪(1)运动而运动，使铺设在路径上和合金粉末更加致密均匀；

步骤(5)启动电源，开始增材目标高氮钢构件；首先，调节送粉口(8)上的送粉调速器和送气口(7)上的气体流量计，达到合适的送粉速率V_f和送气速率V_气1，以及双丝熔化极气体保护焊枪的送丝速率为V_s1和Vs₂，保护气速率为V_气2，然后开始进行增材；

步骤(6)根据目标高氮钢结构件实际形状尺寸确定增材路线，以焊接速率v进行增材，每一层增材完后，将焊枪提高一个层厚，层间等待后，开始增材下一层；重复增材过程最终获得高氮钢结构件。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述送气送粉机构(9)的出气出粉口距工件距离比焊枪(1)端部距工件距离小6mm，且送气送粉机构(9)的出气出粉口为弧形管道。