[發明專利]一種不共熔池的高效MIG電弧增材方法及裝置

有效

• 申請號: 202111634530.8
• 申請日: 2021-12-29
• 公開（公告）號: CN114211091B
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 范霽康;張建;李濤;楊東青;黃勇;彭勇;王克鴻
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: B23K9/04
• 分類號: B23K9/04;B23K9/173;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技術領域，具體涉及一種不共熔池的高效MIG電弧增材方法及裝置。采用直線式排列的增材三絲焊槍，通過電源協同控制實現三個電弧引燃，通過焊槍位姿調節實現三絲熔敷金屬的小電流順序搭接或大電流間隙搭接增材，三絲可分別采用同種或異種絲材，分別實現同種或異種金屬的交織增材，效率可達普通單絲電弧增材的三倍。本發明裝置操作簡便，三絲增材過程穩定，在獲得優異的增材成形質量的同時，可大幅度提高電弧增材效率，同時能夠實現異種金屬交織增材。

技術領域

本發明屬于電弧增材技術領域，具體涉及一種不共熔池的高效MIG電弧增材方法及裝置。

背景技術

電弧增材制造因制造成本低、材料利用率高等優點受到越來越多的關注，特別適合于大型復雜結構件的高效快速成型，在國防軍工、航空航天、能源動力等領域有著廣闊地應用前景。但是目前MIG電弧增材制造工藝多采用單絲電弧增材，對于厚壁結構件而言，增材效率與傳統鑄造、鍛造、機加工相比還有待提升。

對于單絲MIG電弧增材制造而言，只能通過增加焊絲直徑、調整焊接工藝參數來提高其熔敷效率。當焊絲直徑一定時，其最大允許電流是有限制的，超高最大允許電流后電弧形態及熔滴過渡不穩定，造成飛濺嚴重，嚴重時甚至燒毀焊槍。若增大焊絲直徑，則需要增加增材電流，但是同時對基板或前道增材金屬的熱輸入也增加，會導致基板或前道增材金屬的熔化量過大，造成增材熔池不穩定、成形質量下降。

同時，已有研究人員通過雙絲MIG電弧增材提高增材效率，但雙絲間距不可調，并且雙絲產生電弧合二為一，兩根絲材送進同一個熔池，此種方案雖然能夠在一定程度上提高增材效率，但是無法調節絲材間距，工藝參數調節不靈活，并且當采用異種絲材時，由于共熔池，在電弧壓力以及其他作用力的作用下，兩種絲材充分混合，異種絲材之間無法形成梯度材料特征，還容易造成增材樣件組織缺陷，不易調控。

發明內容

本發明的目的在于提供一種不共熔池的高效MIG電弧增材方法及裝置。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種不共熔池的高效MIG電弧增材方法，適用于200-350A大電流增材，包括如下步驟：

步驟(1)：將三個焊槍直線式排列安裝在安裝板上，相鄰焊槍之間的距離D可調，三個焊槍中心連線和增材焊道的夾角為α；

步驟(2)：調節D和α使4L/3≤D·sinα≤3L/2，α為90°，其中L為每根焊絲增材時的熔敷寬度，前一次運動形成的三道熔敷金屬相互之間存在間隙，其中三根焊絲的電源交替輸出電流峰值；

步驟(3)：焊槍第二次運動形成的熔敷金屬填充第一次運動形成間隙；

步驟(4)：重復步驟(2)和(3)，完成電弧增材。

進一步的，步驟(3)中焊槍第二次運動采用的焊絲的材質和焊槍第一次運動采用的焊絲的材質不同，焊槍每次運動采用的焊絲的材質相同。

一種復合材料，采用上述的方法制備。

一種不共熔池的高效MIG電弧增材方法，適用于60-200A小電流增材，包括如下步驟：

步驟(1)：將三個焊槍直線式排列安裝在安裝板上，相鄰焊槍之間的距離D可調，三個焊槍中心連線和增材焊道的夾角為α；

步驟(2)：調節D和α使L/2≤D·sinα≤3L/4，且10°α80°，使得三絲焊槍一次運動形成的三道熔敷金屬不共熔池，且三道熔敷金屬實現順序搭接，其中三根焊絲的電源交替輸出電流峰值；

步驟(3)：焊槍第二次運動形成的三道熔敷金屬繼續與第一次運動形成的三道熔敷金屬進行順序搭接；

步驟(4)：重復步驟(2)和(3)，完成電弧增材。

進一步的，每一道次的三個焊絲的材質、相鄰道次的焊絲的材質均根據需要確定。