[发明专利]高频TIG辅助双丝小电流熔化极电弧增材高氮钢的装置及方法

说明书

本发明属于高氮钢电弧增材领域，具体涉及一种高频TIG辅助双丝小电流熔化极电弧增材高氮钢的装置及方法。竖直方向采用双丝小电流熔化极焊枪进行焊接，同时在侧面使用高频TIG焊枪辅助焊接；所述双丝小电流熔化极焊枪中的两根高氮钢丝材分别独立送丝，且通过一个送丝系统固定在机器人上；双丝小电流熔化极焊枪的焊接电流为80‑120A，高频TIG焊枪的频率为5‑15KHz。本发明利用双丝小电流改善增材高氮钢飞溅大、气孔多等问题；利用高频TIG电弧改善小电流增材成型差等问题，此外高频效应对熔池的搅拌作用，起到消除气孔、细化晶粒作用；有效解决了传统熔化极电弧增材高氮钢易飞溅、气孔多和热积累过多等造成成型件质量差这一难题。

技术领域

本发明属于高氮钢电弧增材领域，具体涉及一种高频TIG辅助双丝小电流熔化极电弧增材高氮钢的装置及方法。

背景技术

高氮钢具有良好的强度、韧性、耐磨性和耐腐蚀性，在航空航天、生物医学、船舶装备制造等各个领域都具有广泛的应用和广阔的发展前景。高氮钢焊丝的含氮量较高，导致在增材过程中容易产生飞溅、气孔、裂纹等缺陷，使得力学性能及耐腐蚀性能下降，难以制备高性能的高氮钢构件。此外由于高氮钢焊丝由于其本身的成分特点(高氮、高锰)，在熔化极电弧增材工艺条件下，很容易就形成大量飞溅，极大地增加了清理工作量和缺陷产生的概率。

以电弧作为热源的丝材增材制造技术具有沉积效率高、成本低、材料利用率高等优点。熔化极电弧增材技术是采用连续等速送丝堆焊，焊丝与被焊工件之间的电弧作为焊接热源来熔化焊丝。其优点在于：具有广泛的适应性；采用焊丝作为电极，可选择较大电流，生产效率高。但当采用大电流时虽然提高了沉积效率，但会造成熔滴飞溅问题和由于热输入过大导致热积累严重，最终成型件变形严重，组织粗大，造成成型质量不好，以及力学性能下降等问题。

发明专利“一种双熔化极-TIG电弧复合热源焊接方法”(专利号：ZL2017113269448)发明了一种新的双熔化极焊接方法，其典型工艺特点是在双熔化极间接电弧前面加了辅助TIG电弧，双丝电弧的每根送丝单独配气保护，双丝由角度可调的夹具连接。在对母材热输入小的前提下，可大幅度提高熔敷效率，因此该焊接方法简单、焊接效率高、实用性强。但对于高氮钢增材，由于高氮钢丝材氮含量高，TIG焊枪在前，形成先行熔池，双丝形成间接电弧，造成飞溅仍明显，而且随着熔池温度降低，氮气不易逸出，形成大量气孔，该方法不能明显改善高氮钢易飞溅、气孔多等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高频TIG辅助双丝小电流熔化极电弧增材高氮钢的装置及方法，采用小电流、双丝分流的方式，可有效降低热输入、减少飞溅，增加沉积效率，利用高频TIG辅助能改善成型、增加增材件力学性能。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种高频TIG辅助双丝小电流熔化极电弧增材高氮钢的方法，竖直方向采用双丝小电流熔化极焊枪进行焊接，同时在侧面使用高频TIG焊枪辅助焊接；所述双丝小电流熔化极焊枪中的两根高氮钢丝材分别独立送丝，且通过一个送丝系统固定在机器人上；双丝小电流熔化极焊枪的焊接电流为80-120A，高频TIG焊枪的频率为5-15KHz。

进一步的，所述双丝小电流熔化极焊枪焊接时的具体工艺参数为：高氮钢丝材的直径为0.8mm、1.0mm或1.2mm，焊接电压为15-20V，熔覆速度VR为2-5mm/s、送丝速度Va和Vb为3-6m/min、熔化极保护气采用93.5％Ar+5％N2+1.5％O2混合气体，气流量为15-20L/min。

进一步的，双丝小电流熔化极焊枪中的两根高氮钢丝材的丝材成分相同或不同，根据目标高氮钢成分进行调整。

进一步的，高频TIG焊枪辅助焊接的具体工艺参数为：基值电流Ij为50-100A，峰值电流IP为180-300A，堆敷速度VW＝VR＝2-5mm/s钨极直径dw为4-6mm，钨极内缩量3-6mm，钨极尖角15°-30°，钨极尖端距基板高度Hw为6-10mm，保护气为99.99％氩气，流量10-20L/min。