CN106513941A - 一种用于熔丝堆焊的熔池搅拌和焊丝预热的集成方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于堆焊、熔丝修复及熔丝增材制造技术领域，涉及一种用于熔丝堆焊的熔池搅拌和焊丝预热的集成方法，包括在堆焊焊丝出口前方设置径向环绕在焊丝周围的电磁感应线圈，并在焊丝出口喂出焊丝进行堆焊操作时，向电磁感应线圈通入交流电，使熔池处于电磁感应线圈产生的感应磁场范围内，由此方式，采用一套系统将熔池搅拌和焊丝预热两种作用集成在一起，通过电磁感应线圈产生感应磁场，感应磁场作用于熔池对熔池产生搅拌作用，细化熔池区材料的晶粒，提高材料性能，减少堆焊缺陷，保证堆焊质量，同时感应磁场使得堆焊焊丝内部产生涡流完成了焊丝预热，从而在不增加堆焊能量输入的情况下，提高了堆焊速度。

Description

一种用于熔丝堆焊的熔池搅拌和焊丝预热的集成方法

技术领域

本发明属于堆焊、熔丝修复及熔丝增材制造技术领域，更具体地，涉及一种用于熔丝堆焊的熔池搅拌和焊丝预热的集成方法。

背景技术

在使用熔化极惰性气体保护焊(MIG,Metal Inert Gas welding)、非熔化极惰性气体钨极保护焊(TIG,Tungsten Inert Gas Welding)、激光熔丝等方式进行堆焊、熔丝修复或熔丝增材制造中，尤其是堆积材料量大的时候，往往存在如何保证堆焊材料性能和如何提高堆焊速度的两个问题。

针对如何提高堆焊速度的问题，目前解决方法有两种。一种为直接增大输入功率，这会导致热输入量过大，进而基体受热多、导致热影响区大、基体变形大等问题，并使堆焊焊丝及熔池内材料温度过高、产生飞溅，这种方法因为上述缺点往往不能应用于精密器件的堆焊、熔丝修复或熔丝增材制造中；另一种是预热焊丝，一般采用在焊丝输入段通入交流电以电阻加热的方式进行预热，这种方法可以不增大输入功率，基体受热不增加，基体受到的损伤小，这种方法是目前提高堆焊速度常用的方法。

然而伴随着较高的堆焊速度，往往容易导致堆焊材料组织不均匀，晶粒粗大，性能下降，出现“驼峰”现象，进而使得堆焊材料高低不平。针对如何保证堆焊材料组织均匀、晶粒细化的问题，目前采用施加纵向磁场对熔池进行搅拌是一种较为有效的方式。

目前如果将电阻加热方式预热焊丝的方法和纵向磁场搅拌熔池方法直接组合，则需要两套系统，安装、匹配和控制较复杂。因此，如何采用更加简单的形式集成熔池搅拌和焊丝预热两种作用效果，在搅拌熔池实现堆焊材料组织均匀、保证堆焊材料性能的同时，对焊丝进行预热，不增加基体的热输入量而提高堆焊速度是目前的一个关键问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种用于熔丝堆焊的熔池搅拌和焊丝预热的集成方法，采用在堆焊焊丝出口前方设置与交流电源电连接的电磁感应线圈的方案，采用一套系统将熔池搅拌和焊丝预热两种作用集成在一起，在保证堆焊材料性能的同时提高了堆焊速度。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种用于熔丝堆焊的熔池搅拌和焊丝预热的集成方法，该方法包括在堆焊焊丝出口前方设置径向环绕在焊丝周围的电磁感应线圈，并在焊丝出口喂出焊丝进行堆焊操作时，向电磁感应线圈通入交流电，使熔池处于电磁感应线圈产生的感应磁场范围内，由此方式，采用一套系统将熔池搅拌和焊丝预热两种作用集成在一起，通过电磁感应线圈产生感应磁场，感应磁场在作用于熔池对熔池产生搅拌作用的同时，感应磁场使得焊丝内部产生涡流完成了焊丝预热，从而在保证堆焊材料性能的同时提高了堆焊速度。

具体地，该方法包括如下两个步骤：

(1)在焊枪的焊丝出口前方设置与交流电源连接的电磁感应线圈，并使电磁感应线圈径向环绕在焊丝周围；

(2)当焊丝出口喂出焊丝并进行堆焊操作时，由交流电源向电磁感应线圈提供频率在800Hz-5000Hz的电流，使熔池处于电磁感应线圈产生的感应磁场范围内。

优选地，在步骤(1)中，在焊丝出口前方设置套设在焊丝上的绝缘套管，将电磁感应线圈缠绕在绝缘套管上。

优选地，在步骤(1)中，采用铜管作为电磁感应线圈的材料，并向铜管中通入冷却液。以此方式，可以保证电磁感应线圈自身不会处于过热的状态，保证了电磁感应线圈和整个堆焊操作过程的安全。

优选地，在步骤(1)中，电磁感应线圈采用多重缠绕的方式，目的在于改变感应磁场的分布，以起到有效的熔池搅拌作用。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，通过在焊丝出口前方设置径向环绕在焊丝周围的电磁感应线圈并通以交流电，能够取得以下有益效果：

(1)本方法集成了熔池搅拌和焊丝预热两种作用效果，通过电磁感应线圈产生感应磁场，感应磁场搅拌熔池使堆焊熔池内的材料晶粒得以细化，从而提高了材料韧性并防止裂纹的产生，同时对熔池的搅拌也有利于堆焊熔池内气体与焊渣的排出，从而减少了焊接缺陷，在通过感应磁场实现熔池搅拌作用的同时，感应磁场使焊丝内部产生涡流，实现了焊丝预热，从而提高焊丝温度，可以在保持焊接电源能量输入不变的情况下，提高焊丝的熔化速度并增加熔敷量，因此本方法在保证堆焊材料性能的同时提高了堆焊速度。

(2)本方法只需要一组电磁感应线圈即可同时实现上述两个目的，采用的系统相对简化。

(3)本方法适用于MIG、TIG、激光堆焊过程，可以应用于堆焊及熔丝增材制造、熔丝修复等场合。

附图说明

图1是本方法的工作原理示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本方法在采用MIG进行增材制造中的工作过程主要包括在焊丝出口前方设置径向环绕在焊丝周围的电磁感应线圈，并在焊丝出口喂出焊丝进行堆焊操作时，向所述电磁感应线圈通入交流电。具体实施例如下。

实施例

在采用MIG进行增材制造的操作过程中，在焊丝出口前方设置套设在焊丝上的绝缘套管(绝缘套管可以是陶瓷管、石英管或其它绝缘体构成的套管)，将由铜管制作的电磁感应线圈缠绕在绝缘套管上，使电磁感应线圈径向环绕在焊丝周围，同时将电磁感应线圈与交流电源电连接；向铜管中通入冷却水，当焊丝出口喂出焊丝并进行堆焊操作时，由交流电源向电磁感应线圈提供频率为3000Hz的电流，使熔池处于电磁感应线圈产生的感应磁场范围内，从而在感应磁场作用于熔池对熔池进行搅拌的同时、使焊丝内部产生涡流以实现焊丝的预热，进而完成堆焊过程。

在上述实施例中所涉及的材料、频率等参数仅用于示例和解释，本发明的方案并不限于上述具体的数值、具体的材料组合，如交流电源产生的电流频率可以在800-5000Hz的范围内、电磁感应线圈可以由铜丝制成、冷却水可以是其它冷却液体等，可以采用铜管与铜管或其它电磁感应线圈多重缠绕的方式来控制感应磁场的分布以实现更有效的搅拌作用，即上述实施例中的材料、参数只要在权利要求书所述的范围内，均属于本发明的保护范围。

本发明方法通过向一组电磁感应线圈通入交流电以产生交变磁场、集成了焊丝预热和熔池搅拌两种作用效果，简化了堆焊操作系统并在保证堆焊材料性能的同时提高了堆焊速度。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于熔丝堆焊的熔池搅拌和焊丝预热的集成方法，其特征在于，所述方法包括在堆焊焊丝出口前方设置径向环绕在焊丝周围的电磁感应线圈，并在焊丝出口喂出焊丝进行堆焊操作时，向所述电磁感应线圈通入交流电，使熔池处于所述电磁感应线圈产生的感应磁场范围内，由此方式，采用一套系统将熔池搅拌和焊丝预热两种作用集成在一起，通过电磁感应线圈产生感应磁场，感应磁场作用于熔池对熔池产生搅拌作用，细化熔池区材料晶粒，提高材料性能，减少焊接缺陷，同时感应磁场使得堆焊焊丝内部产生涡流完成了焊丝预热，从而在不增加堆焊能量输入的情况下提高堆焊速度。

2.一种用于熔丝堆焊的熔池搅拌和焊丝预热的集成方法，其特征在于，所述方法包括：

(1)在焊枪的堆焊焊丝出口前方设置与交流电源电连接的电磁感应线圈，并使所述电磁感应线圈径向环绕在焊丝周围；

(2)当焊丝出口喂出焊丝并进行堆焊操作时，由所述交流电源向所述电磁感应线圈提供频率在800Hz-5000Hz的电流，使熔池处于所述电磁感应线圈产生的感应磁场范围内。

3.如权利要求1或2所述的集成方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，在所述堆焊焊丝出口前方设置套设在堆焊焊丝上的绝缘套管，将所述电磁感应线圈缠绕在所述绝缘套管上。

4.如权利要求1或2所述的集成方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，采用铜管作为所述电磁感应线圈的材料，并向所述铜管中通入冷却液。

5.如权利要求1或2所述的集成方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，电磁感应线圈采用多重缠绕的方式，目的在于改变感应磁场的分布，以起到有效的熔池搅拌作用。