[发明专利]一种环形电极-MIG复合的新型焊接设备及成形方法

说明书

本发明公开了一种环形电极‑MIG复合的新型焊接设备及成形方法，它包括环形钨电极，所述环形钨电极的外部安装有保护气喷嘴，所述环形钨电极采用单独的环形电弧电源与基板相连，并产生环形电弧；所述环形钨电极的中心位置设置有焊丝，所述焊丝采用单独的MIG主电源与基板相连，并产生MIG电弧；所述环形电弧和MIG电弧形成复合电弧进行电弧熔积成形。通过内置环形钨电极在焊丝电弧之外产生环形电弧作用焊道的和熔池区域的方法，减小熔积区域的温度梯度，同时环形电弧所产生的电磁场可以加大了熔池搅拌，以解决现有技术中提及的上述问题。

技术领域

本发明属于电弧增材制造领域，具体涉及一种环形电弧-MIG复合的新型电弧增材制造装置及成形方法，并能够降低成形零件残余应力、变形和冶金缺陷以及具有均匀微观组织的电弧增减材制造方法。

背景技术

电弧增材制造是一种以焊接电弧（MIG、TIG、PAW）为热源的金属增材制造技术。电弧增材制造以丝材为成形材料，熔积效率高，设备和原材料投入低，可以直接成形多种金属材料。其中以MIG为热源的电弧增材制造技术的主要问题有：1）热输入大且热量集中容易导致成形组织粗化、残余应力应变大；2）MIG电弧热集中的特性难以改变，常规的方法如改变热输入易降低熔积效率。这些问题成为金属增材制造技术发展的瓶颈，从而制约了金属增材制造技术的大规模应用推广。

目前电弧焊接技术研究中也有通过复合外加磁场的方式改变电弧的过度集中以及增强电磁搅拌作用，如“一种磁场控制式电弧机器人增材成形方法（CN201711313196）”提出一种轴向磁场控制的电弧增材成形方法及装置，这种方法虽然采用的外加磁场对熔池进行不同程度的振荡搅拌，但外加磁场对熔池的搅拌作用有限，尤其是对于MIG焊来说有一定的限制，磁场过小效果不明显，而过大容易影响电弧和金属过渡的稳定性；还有通过外加力作用已成形焊道的方式减小残余应力，如“零件与模具的熔积成形复合制造方法及其辅助装置（CN201010147632）”采用外加轧辊的方式轧制成形焊道课控制成形形貌和残余应力，但是此方法并没有改善热输入集中和熔池区域温度梯度大的问题。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种环形电极-MIG复合的新型焊接设备及成形方法，重新设计焊枪和焊接电源，通过内置环形钨电极在焊丝电弧之外产生环形电弧作用焊道的和熔池区域的方法，减小熔积区域的温度梯度，同时环形电弧所产生的电磁场可以加大了熔池搅拌，以解决现有技术中提及的上述问题。

为了解决上述技术问题，本发明提出以下技术方案：一种环形电极-MIG复合的新型焊接设备，它包括环形钨电极，所述环形钨电极的外部安装有保护气喷嘴，所述环形钨电极采用单独的环形电弧电源与基板相连，并产生环形电弧；所述环形钨电极的中心位置设置有焊丝，所述焊丝采用单独的MIG主电源与基板相连，并产生MIG电弧；所述环形电弧和MIG电弧形成复合电弧进行电弧熔积成形。

所述保护气喷嘴、焊丝和环形钨电极采用同轴布置。

所述环形钨电极和焊丝各自采用一套单独的控制系统，并单独控制其参数。

所述环形电弧的温度低于MIG电弧的温度。

所述环形电弧完全包裹MIG电弧。

采用任意一项所述环形电极-MIG复合的新型焊接设备进行增材成形的方法，它包括以下步骤：

Step1：将焊丝通过控制系统与MIG主电源相连，并将环形钨电极通过独立的控制系统与环形电弧电源相连；

Step2：根据需要成形的不同材料特性，调节各自的控制系统，使得环形电弧和MIG电弧相配合，并达到最佳效果为准；

Step3：启动环形电弧电源和MIG主电源，进而产生环形电弧和MIG电弧；