一種鈦合金形件雙電弧復(fù)合熱源增材制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于快速成型制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鈦合金形件雙電弧復(fù)合熱源增材制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鈦合金以其獨特的綜合性能，被廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。而增材制造技術(shù)目前也成為鈦合金快速成型的重要手段。對于鈦合金制品，目前主要采用激光粉末增材制造技術(shù)進行快速成型，而送絲方式增材制造技術(shù)金屬沉積效率大、材料利用高、無煙塵污染，受到人們的越來越多的關(guān)注。為了避免頂絲、粘絲等問題，目前主要采用單TIG電弧作為熱源，對鈦合金絲材進行熔化，如名稱為《一種鈦合金結(jié)構(gòu)件電弧增材制造方法》，公開號為102962547A的發(fā)明專利，由于TIG電弧熱流密度小，移動速度慢，生產(chǎn)效率的提高受到限制；而采用MIG焊熱源，金屬絲材作為熔化極進行自熔，金屬熔敷速率高，但同時鈦合金形件受MIG焊電弧熱影響較大；當熱源移動及焊絲熔化較快時，為了保證焊縫成形，需要較大電流，易導(dǎo)致制品的組織及力學(xué)性能的急劇惡化。
[0003]為了增大金屬熔敷率，提高焊速，同時又避免工件過熱，損害焊件組織，有研究者提出了MIG+TIG雙電極復(fù)合焊接工藝，如名稱為《雙電源雙電極的高速焊接裝置及其焊接方法》，公開號為102581446A的發(fā)明專利。該專利通過TIG焊旁路對MIG焊絲與焊件的電流分配進行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)了工件低熱輸入、大熔敷率、高速焊接過程，從而為鈦合金送絲方式的高效增材制造提供了保證。而文獻《Study for TIG-MIG hybrid welding process》和《高速TIG-MIG復(fù)合焊焊縫駝峰及咬邊消除機理》中MIG+TIG復(fù)合電弧焊接工藝機理與該發(fā)明專利所述不同，其主要是利用兩者電弧的熱作用改善焊縫成形，裝置中并無分流作用。此外，相對于連接不同金屬構(gòu)件的焊接工藝，金屬增材制造技術(shù)用于快速制備整個或部分構(gòu)件，其對熔池形態(tài)、熔融金屬凝固的成形、組織、性能要求更為嚴格。目前MIG+TIG雙電極復(fù)合焊接工藝主要用于鋼板、鋁/鎂合金等材料的焊接方面，尚未開展對鈦合金形件MIG+TIG復(fù)合熱源送絲增材制造方面的研究與應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]技術(shù)問題:本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題和不足，提供一種鈦合金形件雙電弧復(fù)合熱源送絲增材制造方法，旨在不增加形件熱輸入條件下，增大金屬熔敷率和焊接速度，提高鈦合金送絲增材制造效率，解決傳統(tǒng)TIG電弧送絲增材制造效率較低問題。
[0005]本發(fā)明是通過將MIG焊與TIG焊有機組合，以MIG電源、焊絲、基板(形件)組成主回路，而TIG焊電源、焊絲、TIG焊槍鎢極組成旁路，焊絲由MIG焊槍送出。利用TIG焊回路對通過MIG焊絲與焊件的電流進行分化調(diào)節(jié)，以保證通過MIG焊絲較大電流時，減小作用于鈦合金形件的熱輸入。因此，該工藝可通過增大電流，提高鈦合金絲材焊絲的熔敷率及焊接速度，同時又避免了鈦合金形件材料的過熱，從而克服TIG電弧送絲增材制造時焊槍移動速度較低的問題，提高了生產(chǎn)效率。
[0006]技術(shù)方案:為達到上述目的，本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0007]一種鈦合金形件雙電弧復(fù)合熱源送絲增材制造方法，包括如下步驟:
[0008]1、將MIG焊與TIG焊有效耦合，MIG焊電源正極與TIG焊電源正極相連，兩者連接點與MIG焊槍相連，MIG焊電源負極與基板相連，TIG焊電源負極與TIG焊槍相連，形成MIG+TIG復(fù)合熱源焊，即復(fù)合焊槍，焊絲由MIG焊槍送出，其中，MIG焊電源、焊絲、基板組成主回路，而TIG焊電源、焊絲、TIG焊槍組成旁路，用于對通過焊絲的電流進行分化；
[0009]2、將保護氣體拖罩置于基板焊縫上方，并在沿焊接方向的一端向前依次安置TIG焊槍和MIG焊槍，其中TIG焊槍槍桿向后傾斜，與基板平面形成一 β角，并與保護氣體拖罩相固定，MIG焊槍槍桿向前傾斜，與基板平面形成一 α角;TIG焊槍鎢極端部到MIG焊槍焊絲的垂直距離為d;
[0010]3、在基板選取起弧點，先預(yù)通保護氣體4_6s，然后打開焊接電源，依據(jù)焊道布局進行第一層堆焊焊接，每道堆焊層高為l_4mm，層寬為2-8mm;若焊層由多道焊縫組成，完成前一道焊縫后，依據(jù)設(shè)定布局，將復(fù)合焊槍側(cè)移l_4mm后進行下一道堆焊，兩道焊縫搭接寬度為
[0011]4、完成第一層形件后，關(guān)閉焊接電源進行收弧，并繼續(xù)通保護氣體3-6S;將復(fù)合焊槍提高1 -3mm，將其移至預(yù)定位置，再在第一焊層上進行第二層堆焊過程；
[0012]5、重復(fù)步驟3和步驟4，直至完成鈦合金形件的增材制造過程；
[0013]6、依據(jù)尺寸及精度要求，對鈦合金形件進行熱處理及機械加工。
[0014]上述步驟1中，所述的α角為60-80°，所述的β角為40_60°，所述的鎢極端部到焊絲垂直距離d為5_10mm。
[0015]上述步驟3中，所述的焊接步驟是先啟動MIG焊，再啟動TIG焊，待l-2s，TIG焊鎢極與焊絲間電弧穩(wěn)定后，再按設(shè)定的焊接速度移動。
[0016]上述步驟3-5，焊接工藝參數(shù)為:MIG焊接電流為100-250A，TIG焊接電流為100-250A，即通過焊絲的總電流為200-500A，焊接速度為l-2m/min，送絲速度為6-10m/min。
[0017]上述步驟3中，所述的保護氣體為99.999%的高純度純氬氣、氦氣或兩者混合氣體，MIG焊保護氣體流量為15-30L/min，TIG焊保護氣體流量為12-25L/min，保護氣體拖罩氣體流量為20_40L/min。
[0018]上述步驟1中，所述的焊絲的材質(zhì)為工業(yè)純鈦、TA7、TC1、TC4中的任一種，焊絲直徑為1.0-1.6mm。
[0019]如上所述步驟3中，所述的基板的材質(zhì)為碳鋼或鈦合金。
[0020]技術(shù)效果:本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有的主要優(yōu)點和有益效果在于:
[0021](1)充分利用MIG焊可采用大電流、金屬熔敷率高、熱源運行速度快等特點，提高了鈦合金增材制造生產(chǎn)效率。與TIG電弧送絲相比，本發(fā)明熱源運行速度可提高80 %-350 %，從而有效解決了鈦合金普通單TIG電弧送絲增材制造運行速度慢的問題。
[0022](2)以絲材金屬作為熔化極，較TIG電弧送絲可以更好地避免高行進速度下粘絲、頂絲等問題的出現(xiàn)，進一步提高了加工過程的穩(wěn)定性。
[0023](3)TIG焊旁路的分流作用則避免了鈦合金形件的過熱，與單MIG焊相比，熱量減少40%-60%;與TIG電弧送絲相比，熱量也可減少20-40%，進一步提升了形件的組織及力學(xué)性能。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明的鈦合金形件雙電弧復(fù)合熱源送絲增材制造方法的示意圖，
[0025]圖中，1為MIG焊槍，2為焊絲，3為TIG焊槍，4為保護氣體拖罩進氣口，5為MIG焊電源，6為TIG焊電源，7為保護氣體拖罩，8為基板，ItigSTIG焊焊接電流，Imig為MIG焊接電流，Itcltal為通過焊絲的總電流，α為MIG焊槍與基板平面之間的角度，β為TIG焊槍與基板平面之間的角度，d為鎢極端部到焊絲的垂直距離。
[0026]圖2，(a)為實施例1和實施例2鈦合金形件示意圖，(b)為焊槍掃描路徑示意圖，
[0027]圖中:8為基板，9為鈦合金形件，Η為鈦合金形件高度，W為鈦合金形件寬度。
[0028]圖3，(a)為實施例3鈦合金形件示意圖，(b)為焊槍掃描路徑示意圖，
[0029]圖中:8為基板，9為鈦合金形件。
【具體實施方式】
[0030]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步的詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0031]如圖1所示，為本發(fā)明的一種鈦合金形件雙電弧復(fù)合熱源送絲增材制造方法，包括如下步驟:
[0032](1)將MIG焊電源5正極與TIG焊電源6正極相連，再與MIG焊槍1相連;MIG焊電源5負極與基板8相連，而TIG焊電源6負極與TIG焊槍3相連，形成MIG+TIG復(fù)合熱源焊，即復(fù)合焊槍，而焊絲2由MIG焊槍1送出。由MIG焊電源5、焊絲2與基板(形件)8組成主回路，而TIG焊電源6、TIG焊槍3及焊絲2組成分流回路。
[0033](2)將保護氣體拖罩7置于基板8焊縫上方，并在沿焊接方向的一端向前依次安置TIG焊槍3和MIG焊槍1，其中TIG焊槍3的槍桿向后傾斜，與基板8的平面形成一β角，并與保護氣體拖罩7相固定，MIG焊槍1的槍桿向前傾斜，與基板8的平面形成一α角;TIG焊槍3的鎢極端部到MIG焊槍1的焊絲的垂直距離為d;
[0034](3)在基板8選取起弧點，預(yù)通氣4-6s，先啟動MIG焊，再啟動TIG焊，待l-2s復(fù)合電弧穩(wěn)定后，依據(jù)焊道布局進行第一層堆焊焊接。若焊層由多道焊縫組成，完成前一道焊縫后，依據(jù)設(shè)定布局，將復(fù)合焊槍側(cè)移l_4mm后進行下一道堆焊，兩道焊縫搭接寬度為l-4mm。
[0035](4)完成第一層形件后，關(guān)閉焊接電源進行收弧，并繼續(xù)通氣3-6s;將復(fù)合焊焊槍提高1 -3mm，將其移至預(yù)定位置，再在第一焊層上進行第二層堆焊過程。
[0036](5)重復(fù)步驟(3)和(4)，直至完成鈦合金制品或部件增材制造過程。
[0037](6)依據(jù)尺寸及精度要求，對制品/部件進行適當后續(xù)熱處理及機械加工。
[0038]上述步驟(1)中，MIG焊槍1與TIG焊槍3在同一平面內(nèi)，MIG焊槍1在前，TIG焊槍3在后，鎢極端部到焊絲垂直距離d為5-10mm，MIG焊槍1與基板8平面角度α為60-80°，TIG焊槍3與基板8平面角度β為40-60°。
[0039]上述步驟(3)-(5)中，MIG焊接電流 Imig 為 100-250A，TIG 焊接電流 Itig 為 100-250Α，即通過焊絲的總電流Itotai為200-500A，焊接速度為l_2m/min，送絲速度為6-10m/min。
[0040]上述步驟(3)保護氣體為99.999%高純度氬氣、氦氣或兩者混合氣體，MIG焊保護氣體流量為15-30L/min，TIG焊保護氣體流量為12-25L/min，保護氣體拖罩7氣體流量為20-40L/mino
[0041 ] 上述步驟(3)中，焊接時，先啟動MIG焊，再啟動TIG焊，待l_2s，TIG焊鎢極與焊絲2間電弧穩(wěn)定后，進行高速堆焊焊接，每道堆焊層高為l_4mm，層寬為2-8mm。
[0042]如上所述步驟(1)中，焊絲2可為工業(yè)純鈦、TA7、TC1、TC4等鈦合金焊絲以及其它可制作焊絲的鈦及鈦合金材料，焊絲2直徑為1.0-1.6mm