[发明专利]电弧负压力约束的钨极氩弧增材制造方法

权利要求书

1.一种电弧负压力约束的钨极氩弧增材制造方法，其特征在于：包括：

在焊接喷嘴或者焊枪外设置通电线圈以形成磁场中心线与电弧中心线平行或重合的纵向磁场；

调整纵向磁场的磁场强度，结合常规钨极氩弧增材制造工艺参数，使得磁场强度大于电弧负压力约束钨极氩弧增材制造工艺条件下所需要设定的临界值，并将大于所述临界值的磁场强度作为目标磁场强度；

将磁场强度达到目标磁场强度的纵向磁场作用于电弧，使得电弧力方向与重力方向相反，促使电弧力由正压力转变为负压力，进而形成电弧负压力约束的钨极氩弧增材制造工艺；

以设定夹角将焊丝送进焊接区域，使得焊丝在焊接电弧区域熔化，并在电弧负压力作用下，进行钨极氩弧焊熔丝增材制造过程；所述夹角为焊丝与焊接方向的夹角。

2.根据权利要求1所述的电弧负压力约束的钨极氩弧增材制造方法，其特征在于：所述通电线圈采用空心线圈，空心线圈为螺旋绕线线圈，线圈内置铁芯和冷却结构，冷却结构保证线圈适应在焊接高温环境条件下能正常工作，将空心线圈安装在焊接喷嘴或者焊枪外，或者将空心线圈与焊炬或者焊枪集成为一体，形成紧凑的外加磁场-焊枪或者焊炬一体化整体结构，并在所述空心线圈上施加励磁电流以形成外加纵向磁场复合钨极氩弧焊熔丝增材制造模式。

3.根据权利要求2所述的电弧负压力约束的钨极氩弧增材制造方法，其特征在于：所述励磁电流的波形、方向、频率以及幅值可调节或可设定；所述励磁电流包括直流、交流、脉冲以及变极性。

4.根据权利要求1所述的电弧负压力约束的钨极氩弧增材制造方法，其特征在于：所述纵向磁场的磁场方向与电弧中心轴向平行或重合；所述纵向磁场为间隙交变纵向磁场、恒定纵向磁场、脉冲纵向磁场、正弦波纵向磁场、交变纵向磁场中的一种。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的电弧负压力约束的钨极氩弧增材制造方法，其特征在于：所述间隙交变纵向磁场的占空比为10～60％，间隙交变纵向磁场的频率为1～30Hz。

6.根据权利要求1所述的电弧负压力约束的钨极氩弧增材制造方法，其特征在于：所述夹角的角度范围为15～80度，采用旁轴送丝的方式，将焊丝送进焊接区域；根据增材制造材料性能，采用热丝或者冷丝方式，将焊丝送进焊接区域；所述焊丝为实心焊丝、药芯焊丝、粉芯焊丝中的一种。

7.根据权利要求1所述的电弧负压力约束的钨极氩弧增材制造方法，其特征在于：所述钨极氩弧增材制造方法的工艺参数为：钨极直径为1.2～6mm，增材制造电流为40～450A，增材制造电弧长度为1～4.8mm，增材制造电压为8～65V，增材制造速度为10～600cm/min，增材制造焊丝直径为0.6～4.0mm，增材制造送丝速度为10～800cm/min，增材制造效率为0.1～5Kg/h，保护气体流量为10～80L/min，保护气体为99.99％氩气、99.99％氦气、99.99％氩气和99.99％氦气的混合气体中的一种，增材制造的层间温度控制在100～400℃。

8.根据权利要求1所述的电弧负压力约束的钨极氩弧增材制造方法，其特征在于：

当增材制造电流为100A以及弧长为3mm时，外加纵向磁场强度的临界值为0.02T，电弧中心的电弧压力为0Pa；

当增材制造电流为120A以及弧长为3mm时，外加纵向磁场强度的临界值为0.022T，电弧中心的电弧压力为0Pa；

当增材制造电流为150A以及弧长为3mm时，外加纵向磁场强度的临界值为0.026T，电弧中心的电弧压力为0Pa。

9.根据权利要求1所述的电弧负压力约束的钨极氩弧增材制造方法，其特征在于：所述电弧的电弧力为吸引力，熔滴在电弧吸引力的作用下进行熔滴过渡，电弧对熔池具有吸引力作用，用于低碳钢、合金钢、不锈钢、装甲钢、轴承钢、模具钢、铝合金、钛合金、镁合金、铜合金、高温合金、高熵合金、难熔金属、以及单晶材料的增材制造。