[发明专利]一种提高电弧增材构件表面成形精度的装置及方法

说明书

本发明公开一种提高电弧增材构件表面成形精度的装置及方法，属于非熔化极气体保护焊领域；该装置包括焊枪，所述焊枪上安装有磁头，所述磁头的磁感应线圈电连接有励磁电源，所述励磁电源能够产生励磁电流及励磁频率；所述磁头底部设置有尖角磁场导磁杆，所述焊枪一侧倾斜设置有送丝管；所述焊枪下方设置有工作台，所述工作台上用于放置工件。基于上述装置的方法，在电弧增材制造过程中，交变尖角磁场作用下，由于电磁力使电弧发生周期性变化，熔滴发生周期性扭动，改变了熔池流动方向，磁场改善堆积构件表面平整度，表面成形质量提高，找到了铝合金磁控TOPTIG的最佳增材参数，获得了最佳效果，适用于铝合金电弧增材制造直接成形。

技术领域

本发明涉及非熔化极气体保护焊技术领域，特别是涉及一种提高电弧增材构件表面成形精度的装置及方法。

背景技术

TOPTIG焊由传统填丝钨极氩弧焊(TIG)发展而来，送丝管与焊枪轴线的角度在15°-30°范围内。其优点是：(1)具有良好的可达性。送丝管与焊枪一体化设计，减小了焊枪体积，适合复杂工件的焊接。(2)熔敷效率高。焊丝直接被送入电弧中温度最高的区域，熔化速度快。(3)金属过渡稳定。形成了一种连续接触的类似液态金属流的稳定过渡模式。但TOPTIG焊也存在着一般填丝电弧焊增材制造过程中常出现的问题：成形精度低。这是由于电弧不集中，需要提高焊接电流来适应增材工艺，而这又将加大热量累积，会导致单道多层成形前高后低，严重影响构件成形。传统的解决方式具有成本高而且难操作等不足。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高电弧增材构件表面成形精度的装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，通过增材过程中引入磁场的方式，对电弧形态、熔滴过渡和熔池流动进行控制。通过电磁作用使电弧收缩，提高能量密度；通过电磁作用，改善熔滴过渡和熔池流动，降低熔池温度梯度，进而改善增材成形。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种提高电弧增材构件表面成形精度的装置，包括焊枪，所述焊枪上安装有磁头，所述磁头的磁感应线圈电连接有励磁电源，所述励磁电源能够产生励磁电流及励磁频率；所述磁头底部设置有由纯铁制成的尖角磁场导磁杆，通过尖角磁场导磁杆将磁场由磁头的磁感应线圈引入到钨极下方的增材区域，产生的磁场在增材区域形成交变尖角磁场，作用于电弧、熔滴及熔池；磁力线通过磁头的磁感应线圈和电弧、熔滴、熔池形成闭合回路；所述焊枪一侧倾斜设置有送丝管；所述焊枪下方设置有工作台，所述工作台上用于放置工件；电弧增材制造过程中，交变尖角磁场作用下，由于电磁力使电弧发生周期性变化，熔滴发生周期性扭动，改变了熔池流动方向，磁场改善堆积构件表面平整度，表面成形质量提高。

可选的，所述磁感应线圈外部缠绕有冷却水管，所述冷却水管通过进水口和出水口分别与水冷系统连通。

可选的，所述励磁电源为交流电源，电流为5-40A，频率为10-2000Hz。

可选的，所述磁感应线圈为400匝，采用外带绝缘皮、内为纯铜而且直径为1mm的铜线绕制6层而成，缠绕于Q235低碳钢空心圆柱磁芯；所述磁感应线圈外设置有铝合金材质的磁感应线圈保护壳。

可选的，所述送丝管连接有送丝机，所述焊枪一侧通过夹具固定设置有摄像机，所述摄像机的镜头与增材区域水平并且间距不小于20cm，所述摄像机连接有电脑。

本发明还提供一种提高电弧增材构件表面成形精度的方法，通过调整励磁电流及励磁频率的大小来调节磁场强度及磁场频率，让磁场参数与电弧堆积工艺参数(如焊接电流、送丝速度、焊接速度等)相匹配，进行增材堆积，包括如下步骤：

步骤一：在工作台的基板上进行工件堆积，选用确定尺寸的焊丝，选择确定的增材工艺参数，增材工艺参数包括焊接电流、送丝速度、焊接速度、保护气体流量、钨极伸出长度、钨极端部距基板的高度；