[发明专利]一种双送丝变极性等离子Ni-Nb超合金的制备方法及装置

说明书

本发明公开了一种双送丝变极性等离子Ni‑Nb超合金的制备方法及装置，该方法主要是采用两个送丝机配合设置在焊枪起弧端两侧的送丝嘴，分别送入Ni焊丝与Nb焊丝，完成双送丝变极性等离子Ni‑Nb超合金的制备。该装置包括焊接机器人、焊接机器人控制柜、双送丝机构、工作台、变位器、CCD相机和红外测温仪，通过预设程序的设置，完成Ni焊丝与Nb焊丝通过等离子弧焊在基板上的增材制造。可以改善传统Ni‑Nb合金制造过程中的激光熔覆层容易开裂，粉末内部气孔不容易消除的问题，更容易获取不同比例质量分数的Ni‑Nb合金。

技术领域

本发明属于电弧增材制造技术领域，主要涉及一种双送丝变极性等离子Ni-Nb超合金的制备方法及装置。

背景技术

作为增材制造技术的一种典型工艺，变极性等离子弧焊即不对称方波交流等离子弧焊，它综合了变极性TIG焊和等离子焊的优点，一方面，它的特征参数电流频率、电流幅度及正负半波导通时间比例可根据工艺要求灵活、独立调节，合理分配电弧能量，在满足工件熔化和自动去除工件表面氧化膜需要的同时，最大限度的降低钨电极的烧损。另一方面，有效利用等离子束流所具有的高能量密度、高射流速度、强电弧力的特性，在焊接过程中形成穿孔熔池。且其焊接变形小，生产率高，设备简单，成本低且气孔，夹渣等缺陷少，因此被广泛应用在各种领域，具有非常广阔的发展前景。

现在传统Ni-Nb(镍-铌)合金基本上都是由激光熔覆进行增材制造，其使用的原材料大多数为Ni单质粉末以及Nb单质粉末。而激光熔覆存在较大问题：于激光的能量输入高、温度梯度大、冷却速度快，熔池在冷却凝固过程中会产生较大的内应力，容易导致激光熔覆层开裂，且利用粉末作为原材料，所得增材件内部气孔不容易完全消除，且形状与尺寸容易遭到限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双送丝变极性等离子Ni-Nb超合金制备的方法及装置，以解决传统Ni-Nb合金制造过程中产生较大的内应力，容易导致激光熔覆层开裂，内部气孔不容易完全消除，形状与尺寸容易遭到限制的问题。

为了达到上述的目的，本发明提供了一种双送丝变极性等离子Ni-Nb超合金的制备方法，包括如下步骤：

S1：将基板放入工作台，并将Ni焊丝和Nb焊丝分别放入第一送丝机和第二送丝机；

S2：将基板进行预热，启动焊接机器人以及焊接机器人上的等离子焊机，调整等离子焊枪两侧对称设置的第一送丝嘴和第二送丝嘴，并分别在第一送丝嘴和第二送丝嘴中接入Ni焊丝与Nb焊丝，使两个送丝嘴送出的丝材通过变极性等离子弧焊可以在同一个熔池中熔化；

S3：基板预热完成后，通过控制器设置变极性等离子弧焊的增材速度为2.5mm/s～3mm/s、增材电流大小正极为20A～35A、负极为40A～55A、等离子气流量为12L/min～24L/min、第一送丝嘴和第二送丝嘴分别与等离子焊枪起弧端的送丝角度为15～40°、第一送丝嘴与第二送丝嘴的送丝比例为1∶1.2～1∶1.5，送入保护气体，准备进行增材制造；

S4：焊接机器人带动等离子焊机移动到起弧点，焊接机器人按照设定好的轨迹移动，并带动等离子焊枪在基板进行起弧-缓升-增材-衰减-收弧；

其中，在所述增材期间，正极电流输出和负极电流输出间隔进行，正极电流输出的作用时长是负极电流输出的作用时长的2倍以上；

S5：重复步骤S4，直至完成增材制造；

S6：等离子焊枪熄弧，保护气停止送气，焊接机器人将等离子焊机移动到安全位置，完成双送丝变极性等离子Ni-Nb超合金的制备。

进一步地，所述正极电流作用时间为6min～9min，所述负极电流作用时间为1min～3min。

进一步地，所述起弧的正极电流小于所述收弧的正极电流。

进一步地，所述基板包括304不锈钢和Q235不锈钢。