[发明专利]一种用于高氮钢的外送粉电弧增材装置及方法

说明书

本发明属电弧增材制造领域，具体涉及一种用于高氮钢的外送粉电弧增材装置及方法。该装置包括：焊枪，气粉传送机构，包括焊枪，送气送粉机构和铺粉辊；焊枪为双丝熔化极气体保护焊枪，所述送气送粉机构设置在焊枪的一侧，通过送气送粉机构将氮化物粉末送入电弧后侧高温区域。本发明采用边增材边铺粉的方式，利用增材过程中熔池后方高温区使铺设粉末部分熔化，在增材下一层时上一层熔敷金属部分发生重熔，使得上层熔敷金属表面铺设的含氮粉末熔化进入熔池，有效降低了增材过程的热输入，以及直接采用含氮丝材电弧增材时氮溢出形成的飞溅等问题。

技术领域

本发明属电弧增材制造领域，具体涉及一种用于高氮钢的外送粉电弧增材装置及方法。

背景技术

高氮钢中的间隙元素氮与其他合金元素(Mn、Cr、Mo、V、Nb和Ti等)协调作用，能改善钢的强度、韧性、蠕变抗力、耐磨性能、耐腐蚀性能等。但是氮在大气压下氮溶解度非常低，加入很困难，由于加入量少，其有利影响不太明显。而高氮钢中的N含量一般超过0.4％，导致在制备高氮钢时不可避免的由于N的溢出形成气孔等缺陷。并且在焊接增材过程中N的溢出会导致熔滴爆炸，形成较大的飞溅，使得成型质量较差。

现有的增材高氮钢的技术中N的来源主要有保护气N2、含氮粉末、高氮钢焊丝等，主要是将含氮粉末或焊丝送入电弧中，利用电弧热使其加热熔化。这些方法虽然在一定程度上减小了热输入，控制了N的溢出和飞溅的产生，但是增氮的效果仍然差强人意。

中国专利(201210250419.3)公开了一种高氮钢的双层气流保护TIG焊接方法，其采用了双层氮气保护，由于氮气在钢中的溶解度较低，只能渗透材料的表面，达到表面强化的效果，所以其增氮效果较差，且不能送丝添粉，只能作为一种材料表面强化的手段。中国专利(CN201620012045.5)公开了一种利用氮弧和氮化物3D打印高氮钢制品的装置，其采用了丝-粉同轴添加，虽然采用送粉的方式增氮，电弧的能量一部分用于熔化金属粉末，在一定程度上降低了热输入，但是熔化的金属粉末随同熔滴一起进入熔池，将热量传递给母材，提高了电弧的热效率，熔池的温度较高，导致氮容易溢出，形成气孔和飞溅，影响成形件性能和成型质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于高氮钢的外送粉电弧增材装置及方法，可实现双丝电弧增材的同时添加合金粉末，以进一步解决增材高氮钢时效率低和气孔飞溅问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种用于高氮钢的外送粉电弧增材装置，包括焊枪，送气送粉机构和铺粉辊；

所述焊枪为双丝熔化极气体保护焊枪，所述送气送粉机构设置在焊枪的一侧，通过送气送粉机构将氮化物粉末送入电弧后侧高温区域。

进一步的，所述焊枪的外壁固设有与双丝连线平行的导轨Ⅰ，且设有垂直于焊枪外壁面的导轨Ⅱ，使得所述送气送粉机构的前、后、左、右运动；所述导轨Ⅰ和导轨Ⅱ上设有限位块，用于对送气送粉机构位置的固定。

进一步的，所述送气送粉机构的上端设有送气口和送粉口，所述送粉口上装有送粉调速器，所述送气口上装有气体流量计。

进一步的，所述送气送粉机构的出气出粉口距工件距离比焊枪端部距工件距离小6mm，且送气送粉机构的出气出粉口为弧形管道。

进一步的，所述送气送粉机构远离焊枪的一侧设有铺粉辊，所述铺粉辊用于将送气送粉机构输送的氮化物粉末铺设均匀。

进一步的，所述铺粉辊上部设有弹簧连杆，使得铺粉辊根据工件的不平整度上下可调。

进一步的，还包括连杆挡板，所述连杆挡板与送气送粉机构外侧壁连接，所述弹簧连杆设置在连杆挡板内，所述弹簧连杆包括连杆Ⅰ，弹簧和连杆Ⅱ；

所述连杆Ⅰ为空心杆，连杆Ⅰ一端与连杆挡板连接，内部设有弹簧，所述连杆Ⅱ为阶梯式实心杆，直径较大的一端设置在连杆Ⅰ，直径较小的一端与铺粉辊连接，所述弹簧上端固定，弹簧下端与连杆Ⅱ连接。