[發明專利]一種帶磁場作用的送絲和送粉復合電弧增材TIG焊槍裝置

在審

• 申請號: 202110609869.6
• 申請日: 2021-06-01
• 公開（公告）號: CN113333921A
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 王克鴻;胡帥;吳統立;徐國龍;廖文健;姚尚坤
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: B23K9/167
• 分類號: B23K9/167;B23K9/133;B23K9/28;B23K9/32;B33Y10/00;B33Y30/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 張玲

本發明屬于電弧增材領域，具體涉及一種帶磁場作用的送絲和送粉復合電弧增材TIG焊槍裝置。包括TIG焊槍，磁場發生裝置和送絲送粉裝置；所述磁場發生裝置和TIG焊槍一體設置，用于產生近平行于TIG焊槍電弧的縱向磁場；所述送絲送粉裝置包括三個呈120°分布的送粉管，和位于任意相鄰的兩個送粉管之間的送絲管，三路送粉管姿態相同，使三路送粉的匯聚點位于TIG焊槍鎢極尖端下方的熔池部位，同時三路送粉氣流相互抵消。本發明在傳統TIG焊槍基礎上加裝了磁場發生裝置和設計了送絲和送粉復合的夾具；實現了向高氮鋼TIG增材熔池中有效送給氮化物合金粉末的目標，同時穩定了高氮鋼TIG絲粉同送復合增材過程。

技術領域

本發明屬于電弧增材領域，具體涉及一種帶磁場作用的送絲和送粉復合電弧 增材TIG焊槍裝置。

背景技術

高氮鋼在電弧增材過程中，材料中氮原子易在熔池中聚集形成氮氣，當氮氣 逸出速度大于熔池凝固速度時，氮氣逸出熔池，造成基體金屬氮損失；當氮氣逸 出速度小于熔池凝固速度時，氮氣留存在凝固金屬內部形成氮氣孔，氮的存在形 式不再是固溶于基體金屬內部。不論是形成氮氣溢出熔池造成基體金屬氮損失還 是形成氮氣孔改變氮在基體金屬存在的形式，這些缺陷存在對高氮鋼材料的組織、 性能都造成極大影響。為了避免高氮鋼在增材過程出現氮損失及氮氣孔問題，提 出在高氮鋼增材過程向液態熔池加入氮化物合金粉末進行粉末冶金，實行送絲和 送粉復合增材，以期解決氮損失和氮氣孔問題。在公開的專利CN112404668A中， 提出了一種用于高氮鋼外送粉電弧增材裝置及方法，即采用邊增材邊鋪粉的方式， 通過送氣送粉機構將氮化物粉末送入電弧后側高溫區域。利用增材過程中熔池后 方高溫區使鋪設粉末部分熔化，在增材下一層時上一層熔敷金屬部分發生重熔， 使得上層熔敷金屬表面鋪設的含氮粉末熔化進入熔池。由于粉末鋪展于增材件表 面，而非直接送入熔池，電弧燃燒區域有保護氣流吹出，保護氣流也會作用于粉 末，吹散粉末，導致溶入熔池的粉末量不足。同時送粉通過載氣送入，送粉氣流 對電弧形態和穩定性的干擾也應值得重視。送粉通過氣流運載方式，送粉氣流會 干擾電弧形態，導致電弧燃燒不穩定，影響增材過程穩定性。

電弧增材分為熔化極電弧增材和非熔化極電弧增材，高氮鋼TIG電弧增材則 屬于非熔化極電弧增材。高氮鋼TIG電弧增材時，由于熔池中氮的溢出與鎢極結 合形成氮化鎢，造成鎢極燒損，鎢極尖端球化，TIG電弧挺度不足，容易出現電 弧偏吹現象；加之高氮鋼液的黏度較高，不易流動，考慮到添加氮化物合金粉末 進入熔池，粉末也難以在液態熔池內充分混合均勻，從而導致局部成分相差較大、 成形質量差的問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種帶磁場作用的送絲和送粉復合電弧增材TIG焊 槍裝置。該裝置在傳統TIG焊槍基礎上加裝了磁場發生裝置和設計了送絲和送 粉復合的夾具；可以在實現送絲和送粉精準送給、復合增材的同時，利用磁場對 電弧的積極作用，改善TIG送絲和送粉復合電弧增材過程中電弧特性，增加電 弧挺度，同時磁場能對熔池進行作用，均勻熔池成分，細化結晶；送粉管分布于 以焊槍中心為圓心的圓形固定座三等分位置處的特性，也有利于抵消送粉氣流對 電弧形態的干擾。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種帶磁場作用的送絲和送粉復合電弧 增材TIG焊槍裝置，包括TIG焊槍，磁場發生裝置和送絲送粉裝置；

所述磁場發生裝置和TIG焊槍一體設置，用于產生近平行于TIG焊槍電弧的 縱向磁場；

所述送絲送粉裝置包括三個呈120°分布的送粉管，和位于任意相鄰的兩個 送粉管之間的送絲管，三路送粉管姿態相同，使三路送粉的匯聚點位于TIG焊槍 鎢極尖端下方的熔池部位，同時三路送粉氣流相互抵消。

進一步的，所述送絲送粉裝置中的送粉姿態和送絲姿態可調。

進一步的，所述磁場發生裝置包括激磁線圈和鐵磁芯；