一种用于镁铝异种金属电弧增材的装置及方法与流程

1.本发明涉及电弧增材技术领域，具体涉及一种用于镁铝异种金属电弧增材的装置及方法。


背景技术：

2.镁合金和铝合金等轻质材料能够减少能源的消耗，在航空航天，交通运输等领域得到了广泛应用。镁合金是现在世界上最轻的金属工程结构材料，比强度、比刚度高，电磁屏蔽性能好，阻尼减振效果好。铝合金同样作为一种较轻的金属材料，也具有密度小，比强度、比刚度高等优点，同时铝合金的蠕变抗力好，导热导电性能优异，抗腐蚀能力强。将镁合金和铝合金连接起来，能够同时发挥出其各自的优点，从而应用到一些有特殊要求的场合当中。
3.电弧增材作为一种自由度较高，沉积效率更高的增材制造技术，可用于镁铝合金的增材制造。镁铝异种金属焊接存在以下难点：
4.(1)镁铝两种合金由于其物理和化学性能上存在许多差异，所以在镁铝异种金属焊接时中间会存在许多缺陷，导致焊接接头处的力学性能较差，难以满足现有的应用需求；
5.(2)镁铝两种金属液态时的溶解度小，由于两者晶格类型不同，镁是密排六方结构，铝是面心立方结构，所以不易结合；
6.(3)镁和铝的化学性质都较为活泼，容易与氧气发生反应，形成氧化镁和氧化铝，影响金属连接，同时镁铝异种金属焊接时焊缝区会形成mg2al3和mg17al12等金属间化合物，降低焊接接头强度；
7.(4)两种金属的线膨胀系数都较大，会产生焊接残余应力，导致焊接变形和开裂等缺陷，较高的热导率也会导致焊接过程中保护气体难以及时逃逸，在焊接接头中形成气孔；
8.这些因素都给镁铝异种金属焊接带来了很多阻力，焊接接头处的缺陷成为目前需要解决的主要问题。


技术实现要素：

9.为有效连接镁铝两种金属，本发明提供一种用于镁铝异种金属电弧增材的装置及方法。本发明通过在镁铝之间通过电弧增材的方法增加一层锌夹层作为中间层，避免镁铝两种金属熔合形成mg2al3和mg
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al
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等金属间化合物，从而有效连接镁铝两种金属，提高焊接接头的力学性能。
10.本发明采用如下技术方案：一种用于镁铝异种金属电弧增材的装置，包括相互配合使用的tig焊枪和mig焊枪，mig焊枪端部具有三个送丝机构，三个所述送丝机构中的焊丝依次排列在tig焊枪和mig焊枪之间。
11.其进一步是：所述tig焊枪上滑动安装有第一滑套；所述第一滑套固定连接有弧形导轨；所述弧形导轨上滑动安装有第二滑套；所述mig焊枪转动安装在第二滑套上。
12.所述第一滑套上安装有用于将第一滑套定位在tig焊枪上的第一定位螺钉；所述
第二滑套上安装有用于将第二滑套定位在弧形导轨上的第二定位螺钉，第二滑套上还安装有用于将mig焊枪定位在第二滑套上的第三定位螺钉。
13.三个所述送丝机构中的焊丝呈正三角形分布；靠近tig焊枪的焊丝和靠近mig焊枪的焊丝接入焊接电源，中间的焊丝不接入焊接电源；所述mig焊枪采用直流反接，tig焊枪采用直流正接。
14.三个所述送丝机构中的焊丝分别为铝合金焊丝、镁合金焊丝和锌合金焊丝；
15.在焊接时，铝基板和镁基板的焊接端面对接，铝合金焊丝位于铝基板上，镁合金焊丝位于镁基板上，锌合金焊丝处于铝合金焊丝、镁合金焊丝之间且位于镁基板上。
16.一种用于镁铝异种金属电弧增材的方法，包括如下步骤：
17.步骤s1将镁合金焊丝、铝合金焊丝、锌合金焊丝分别对应安装至三个送丝机构；
18.步骤s2对铝基板和镁基板预处理，将铝基板和镁基板焊接端对其拼接在一起；
19.步骤s3调节tig焊枪和mig焊枪位置，使得焊接完毕后的铝合金焊道位于铝基板上，镁合金焊道位于镁基板上，锌合金焊道位于铝合金焊道、镁合金焊道之间且位于镁基板上；
20.步骤s4控制tig焊枪和mig焊枪沿焊缝运动完成增材镁锌铝作业。
21.其进一步是：所述步骤s2中，对铝基板和镁基板预处理包括：使用化学试剂去除铝基板和镁基板上的氧化膜，将铝基板和镁基板拼接在一起，然后用丙酮清洗铝基板和镁基板表面。
22.本发明的有益效果在于：
23.(1)装置结构简单，便于操作，使用该装置和方法能够一次性完成镁铝异种金属接头的焊接，焊接效率高；
24.(2)通过在镁和铝之间增材一层锌中间层的方法，能够避免镁铝两种金属直接接触，从而避免了镁铝间金属间化合物的产生，焊接接头的性能明显提高；
25.(3)锌与镁和铝的熔点相差较大，采用复合焊接可以改善接头处热输入环境，同时抑制驼峰焊道形成，提高成形质量；
26.(4)mig焊枪直流反接可以去除焊缝周围阴极斑点，去除表面氧化物带来的影响。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1是本发明实施例一中一种用于镁铝异种金属电弧增材的装置的结构示意图。
29.图2是本发明实施例一中焊丝分布示意图。
30.图3是本发明实施例二中一种用于镁铝异种金属电弧增材的方法的工作示意图。
31.附图标记说明：1、tig焊枪；2、mig焊枪；3、送丝机构；4、第一滑套；5、弧形导轨；6、第二滑套；7、第一定位螺钉；8、第二定位螺钉；9、第三定位螺钉；10、铝基板；11、镁基板；12、铝合金焊道；13、锌合金焊道；14、镁合金焊道。
具体实施方式
32.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
33.实施例一
34.结合图1和图2所示，一种用于镁铝异种金属电弧增材的装置，包括相互配合使用的tig焊枪1和mig焊枪2。mig焊枪2端部具有三个独立的送丝机构3，三个送丝机构3中的焊丝依次排列在tig焊枪1和mig焊枪2之间。
35.tig焊枪1和mig焊枪2采用可调结构连接，保证tig焊枪1和mig焊枪2相对位置可调的同时，也能保证两焊枪的同步性。具体的：tig焊枪1上滑动安装有第一滑套4，第一滑套4上安装有用于将第一滑套4定位在tig焊枪1上的第一定位螺钉7。第一滑套4固定连接有弧形导轨5，弧形导轨5上滑动安装有第二滑套6，第二滑套6上安装有用于将第二滑套6定位在弧形导轨5上的第二定位螺钉8。mig焊枪2转动安装在第二滑套6上，第二滑套6上安装有用于将mig焊枪2定位在第二滑套6上的第三定位螺钉9。mig焊枪2可以借助弧形导轨5滑动，从而调节焊丝的送丝角度，也可倾斜转动，改变焊丝和tig焊枪1钨极之间的距离，借助tig焊枪1和弧形导轨5上下滑动可以调节焊丝高度。
36.结合图2所示，本实施例中三个送丝机构3中的焊丝呈正三角形分布，可以采用开有三个孔的导向块来定位。每一根焊丝通过送丝机构3独立控制，可以单独送丝。靠近tig焊枪1的焊丝和靠近mig焊枪2的焊丝接入焊接电源；中间的焊丝不接入焊接电源，仅用作送丝。
37.在本实施例中，三个送丝机构3中的焊丝分别为铝合金焊丝、镁合金焊丝和锌合金焊丝。作业时，mig焊枪2采用直流反接，tig焊枪1采用直流正接，铝基板10和镁基板11的焊接端面对接，铝合金焊丝位于铝基板10上，镁合金焊丝位于镁基板11上，锌合金焊丝处于铝合金焊丝、镁合金焊丝之间且位于镁基板11上。在焊接时，锌合金焊丝在焊接移动方向上，相对于镁合金焊丝远离tig焊枪1。
38.实施例二
39.结合图3所示，在上述实施例一的基础上，一种用于镁铝异种金属电弧增材的方法，包括如下步骤：
40.步骤s1选择适合增材的镁合金焊丝、铝合金焊丝、锌合金焊丝，并将镁合金焊丝、铝合金焊丝、锌合金焊丝分别对应安装至三个送丝机构3；
41.步骤s2使用化学试剂去除铝基板10和镁基板11上的氧化膜，将铝基板10和镁基板11焊接端对其拼接在一起，然后用丙酮清洗铝基板10和镁基板11表面；
42.步骤s3调节tig焊枪1和mig焊枪2位置，使得焊接完毕后的铝合金焊道12位于铝基板10上，镁合金焊道14位于镁基板11上，锌合金焊道13位于铝合金焊道12、镁合金焊道14之间且位于镁基板11上；
43.步骤s4控制tig焊枪1和mig焊枪2沿焊缝运动完成增材镁锌铝作业。
44.本发明采用tig-mig复合焊接，在基板上同时增材镁锌铝三种金属，焊接过程中借助锌元素阻止镁铝两种金属之间直接接触，避免了脆性镁铝间金属化合物的形成，提高了
镁铝异种金属焊接接头的强度。本发明在提高镁铝异种金属焊接效率的同时保证了焊接接头的质量，具有一定的生产应用价值。
45.以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

技术特征：
1.一种用于镁铝异种金属电弧增材的装置，其特征在于：包括相互配合使用的tig焊枪(1)和mig焊枪(2)，mig焊枪(2)端部具有三个送丝机构(3)，三个所述送丝机构(3)中的焊丝依次排列在tig焊枪(1)和mig焊枪(2)之间。2.根据权利要求1所述的一种用于镁铝异种金属电弧增材的装置，其特征在于：所述tig焊枪(1)上滑动安装有第一滑套(4)；所述第一滑套(4)固定连接有弧形导轨(5)；所述弧形导轨(5)上滑动安装有第二滑套(6)；所述mig焊枪(2)转动安装在第二滑套(6)上。3.根据权利要求2所述的一种用于镁铝异种金属电弧增材的装置，其特征在于：所述第一滑套(4)上安装有用于将第一滑套(4)定位在tig焊枪(1)上的第一定位螺钉(7)；所述第二滑套(6)上安装有用于将第二滑套(6)定位在弧形导轨(5)上的第二定位螺钉(8)，第二滑套(6)上还安装有用于将mig焊枪(2)定位在第二滑套(6)上的第三定位螺钉(9)。4.根据权利要求1所述的一种用于镁铝异种金属电弧增材的装置，其特征在于：三个所述送丝机构(3)中的焊丝呈正三角形分布；靠近tig焊枪(1)的焊丝和靠近mig焊枪(2)的焊丝接入焊接电源，中间的焊丝不接入焊接电源；所述mig焊枪(2)采用直流反接，tig焊枪(1)采用直流正接。5.根据权利要求4所述的一种用于镁铝异种金属电弧增材的装置，其特征在于：三个所述送丝机构(3)中的焊丝分别为铝合金焊丝、镁合金焊丝和锌合金焊丝；在焊接时，铝基板(10)和镁基板(11)的焊接端面对接，铝合金焊丝位于铝基板(10)上，镁合金焊丝位于镁基板(11)上，锌合金焊丝处于铝合金焊丝、镁合金焊丝之间且位于镁基板(11)上。6.一种用于镁铝异种金属电弧增材的方法，采用权利要求1至5中任一所述的一种用于镁铝异种金属电弧增材的装置，其特征在于，包括如下步骤：步骤s1将镁合金焊丝、铝合金焊丝、锌合金焊丝分别对应安装至三个送丝机构(3)；步骤s2对铝基板(10)和镁基板(11)预处理，将铝基板(10)和镁基板(11)焊接端对其拼接在一起；步骤s3调节tig焊枪(1)和mig焊枪(2)位置，使得焊接完毕后的铝合金焊道(12)位于铝基板(10)上，镁合金焊道(14)位于镁基板(11)上，锌合金焊道(13)位于铝合金焊道(12)、镁合金焊道(14)之间且位于镁基板(11)上；步骤s4控制tig焊枪(1)和mig焊枪(2)沿焊缝运动完成增材镁锌铝作业。7.根据权利要求6所述一种用于镁铝异种金属电弧增材的方法，其特征在于：所述步骤s2中，对铝基板(10)和镁基板(11)预处理包括：使用化学试剂去除铝基板(10)和镁基板(11)上的氧化膜，将铝基板(10)和镁基板(11)拼接在一起，然后用丙酮清洗铝基板(10)和镁基板(11)表面。

技术总结
本发明公开了一种用于镁铝异种金属电弧增材的装置及方法，属于电弧增材领域。包括相互配合的TIG焊枪和MIG焊枪，MIG焊枪端部具有三个送丝机构，三个送丝机构中的焊丝依次排列在TIG焊枪和MIG焊枪之间。使用时，靠近TIG焊枪和MIG焊枪的焊丝接入焊接电源，中间的焊丝不接入焊接电源；MIG焊枪采用直流反接，TIG焊枪采用直流正接。调节TIG焊枪和MIG焊枪位置，使铝合金焊道位于铝基板上，镁合金焊道位于镁基板上，锌合金焊道位于铝合金焊道、镁合金焊道之间且位于镁基板上。本发明能够一次性完成镁铝异种金属接头的焊接，焊接效率高；能避免镁铝间金属间化合物的产生，同时抑制驼峰焊道形成，提高成形质量。提高成形质量。提高成形质量。


技术研发人员：杨东青 彭勇 周威 董祚继 韦浩福 陈厚达
受保护的技术使用者：广东艾迪特智能科技有限公司
技术研发日：2023.06.12
技术公布日：2023/9/6