[发明专利]电弧负压力约束的钨极氩弧增材制造方法

说明书

本发明公开了一种电弧负压力约束的钨极氩弧增材制造方法，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，使得磁场强度大于设定的临界值，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焊接电弧，使得电弧力方向与重力方向相反，进而形成电弧负压力约束的钨极氩弧增材制造方法；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；本发明能够有效控制钨极氩弧焊熔丝增材制造过程，提高精度、效率和性能，为现代电弧增材制造技术提供了新方法。

技术领域

本发明涉及增材制造领域，具体涉及一种电弧负压力约束的钨极氩弧增材制造方法。

背景技术

常规钨极氩弧增材制造中，焊接电弧是一种等离子体，由焊接电弧等离子体形成的等离子流力为焊接电弧力，焊接电弧力是焊接电弧中高速运动等离子流体所产生的轴向冲击力，在常规钨极氩弧焊熔丝增材制造过程中，相对于焊接熔池而言，焊接电弧力始终是一种轴向的正压力，因此，在常规钨极氩弧焊熔丝增材制造条件下，由于是电弧正压力作用于焊接熔池表面，就使得焊接熔池产生液面差，焊接熔池发生凹陷等现象。

在常规钨极氩弧焊熔丝增材制造条件下，电弧正压力不仅直接影响熔池内熔体运动状况，还对熔滴过渡、熔池截面形状、焊缝凝固组织和接头质量起到支配作用，特别是在高速、高效增材制造时会导致焊缝不连续、产生驼峰等许多不良现象，同时，还会影响钨极氩弧焊熔丝增材制造的效率和接头性能。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供电弧负压力约束的钨极氩弧增材制造方法，能够有效控制钨极氩弧焊熔丝增材制造过程，提高精度、效率和性能，为现代电弧增材制造技术提供了新方法。

本发明的电弧负压力约束的钨极氩弧增材制造方法，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。

进一步，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。

进一步，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。

进一步，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。

进一步，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。

进一步，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。