CN113814543B - 一种双路送粉电弧混粉合金化的pta焊接方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双路送粉电弧混粉合金化的PTA焊接方法，包括1)设备通电；2)安装工件；3)填装材料；4)安装钨针；5)开启维弧；6)机器人编程；7)焊接编程；8)开始焊接；9)焊接结束等步骤。本发明实现双路送粉混合焊接，实现焊接时电弧混粉材料合金化，将高密度的硬质相均匀分布在焊缝金属间以此来获得高质量耐磨焊缝。

Description

一种双路送粉电弧混粉合金化的PTA焊接方法

技术领域

本发明涉及焊接领域，尤其涉及一种双路送粉电弧混粉合金化的PTA焊接方法。

背景技术

目前在多个行业都需要用到高硬度耐磨合金，例如石油钻采、煤炭运输、矿山机械等行业。在耐磨材料的应用中，首选一般密度较大的硬质合金如WC、W2C等，硬度可达1800HRC-2000HRC，熔点在3000°以上，密度大于15g/cm3，用其作为耐磨硬质相与沙石岩矿硬碰硬起到保护基体的作用，因其高硬度脆性较大，无法与基体材料结合所以一般只作为硬质相使用。为保证与基体材料结合一般会使用粘接相，根据使用环境的不同会选用耐高温高硬度的钴基和镍基或韧性好的铁基材料作为粘接相，这些粘接相材料密度都＜8g/cm³，熔点＜1500℃，相对硬质相来说较轻，熔点较低。

目前市面上都是按照需求混好设定比例的粘接相和硬质相粉末，装在瓶子中导入送粉器开始焊接，但是产生很多问题，主要原因有：

工艺上：在焊接过程中液态熔池钴基或镍基达到液相线时会融化液态熔池，此时WC、W2C是不会融化的，会以固态形式存在液态熔池中，由于比重较大的关系会沉降至熔池的底部，WC、W2C沉降后会导致焊缝根部硬度超高造成焊层脱落，另外沉降后焊缝的上半部分是没有硬质相的，此时的焊缝外表面虽然很美观但很光滑没有任何的小凸点，因硬质相太重沉下去了，焊缝起不到耐磨作用失去了设计效果。在实际操作中使用，这种混好粉末一般会使用PTA，激光熔覆和火焰喷焊3种工艺来进行堆焊，首先火焰喷焊，这种焊接工艺属于钎焊工艺，主要问题就是结合力不足，硬碰硬摩擦中会导致焊层剥落。另外火焰会使WC、W2C的受热时间过长造成C和W的分解，无法使用。其次PTA工艺，标准的PTA送粉工艺不管是2孔、4孔或6孔、12孔送粉，粉末的聚焦点都在一个位置，焊接时WC、W2C极易沉降无法控制，现在行业内一般是把焊缝做到很宽来加速熔池的凝固速度以保证硬质相不会沉降，这样下来可达性就下降了很多，例如窄焊缝就无法使用。最后激光熔覆焊是可以解决硬质相沉降的问题，但是和火焰焊的效果比较类似，因其结合力不足焊层厚度无法做厚造成剥落现象，另外激光熔覆的焊接效率太低，设备成本高，无法满足生产需求。

粉末上：市面上的粉末会按照客户的比例需求进行基体相及硬质相的混合，混合好比例后再装瓶运输发给客户使用，每一瓶的重量是5kg。在这个过程中会产生2个问题，首先混好粉的比例是5KG装的，经过焊接后金相微观放大测试检验，每一瓶在焊后比例都无法控制相同，误差在±4％内，例如需要钴基+55％WC，实际WC在钴基中的比例只有49％-51％，进口的粉末也是这个情况，相差较大对焊接电弧的要求很高，经实验在相同焊接参数的情况下，WC的比例少需要焊接参数更大。另外混好比例的粉末在运输过程中因为车辆的晃动，瓶子内的WC、W2C粉末因密度大的关系会层间至瓶子的底部，直接使用时焊缝金属内的粘接相和硬质相比例就会造成偏析即硬质相在焊缝中分布不均匀。经过实验测试，当将混好粉末的瓶放置在平面固定不动时，因为WC、W2C的密度较大，粉末的松散比也与粘接相的松散比不同，WC、W2C会随着时间的变长自己向下沉淀，造成混好的粉末中比例不一致。以上的2种情况时，粉末均无法使用，主要原因是硬质相在焊缝金属中金相分布不均匀，导致焊缝不耐磨甚至掉块影响其使用状态。

发明内容

发明目的：针对现有技术的不足与缺陷，本发明提供一种双路送粉电弧混粉合金化的PTA焊接方法，实现双路送粉混合焊接，实现焊接时电弧混粉材料合金化，将高密度的硬质相均匀分布在焊缝金属间以此来获得高质量耐磨焊缝。

技术方案：本发明的一种双路送粉电弧混粉合金化的PTA焊接方法，包括下述步骤：

1)设备通电：接通电源为焊接设备的六轴机器人、等离子电源、焊接控制***、焊接电源、送粉器、机器人控制柜、双轴协同变位机上电，使焊接设备处于可编辑作用状态；

2)安装工件：将待焊接的工件安装在双轴协同变位机的旋转轴表面；

3)填装材料：在送粉器的第一送粉桶与第二送粉桶内分别加入第一粉体与第二粉体；连接第一粉管与焊枪的喷嘴的第一下粉口用于第一送粉桶内的第一粉体通过；连接第二粉管与焊枪的喷嘴的第二下粉口用于第二送粉桶内的第二粉体通过；根据粉末的特性确定第一下粉口与第二下粉口的数量与口径；

4)安装钨针：在焊枪内安装钨针，使用钨针调节工具调节钨针在送气孔内的位置，打开等离子气与焊接保护气；

5)开启维弧：使用焊接控制***的HMI屏打开维护，即打开等离子弧，开始等离子电流与等离子气，焊枪的等离子中心孔处出现电弧；

6)机器人编程：遥控六轴机器人，将焊枪下端的等离子喷嘴调试至待焊工件表面15mm-19mm处，设置好起弧点及收弧点；将第一下粉口调试至焊接方向的前端，第二下粉口调试至焊接方向的后端，实现焊接时电弧混粉材料合金化；

7)焊接编程：使用焊接控制***的HMI屏调试焊接工艺参数曲线、气体工艺曲线与送粉参数曲线，存至JOB调用JOB或在线使用焊接工艺参数；

8)开始焊接：使用机器人示教器启动焊接，焊接电源启动工作开启主电弧，关闭维护；在焊接过程中，第一下粉口送出的第一粉体送至焊接电弧的中心处，机器人往前端焊接时会融化粉末形成焊缝液态熔池，后端的第二下粉口会将第二送粉桶的另外一种材料粉末送至液态金属表面，与之前第一下粉口融化后的液态金属溶合并冶金沉淀并且凝固，形成一种新的材料；

9)焊接结束：在六轴机器人走完焊接程序后自动停止焊接并执行焊接控制***的收弧程序完成收弧的焊接；关闭主电弧，开启维护状态；完成焊接操作。

其中，所述的焊接设备包括机器人***、焊接***与送粉***三个部分；所述机器人***包括六轴机器人、机器人控制柜与双轴协同变位机，机器人控制柜分别与六轴机器人、双轴协同变位机通过数据线连接；所述焊接***包括等离子电源、焊接控制***、焊接电源、焊枪与水箱，焊接控制***分别与等离子电源、焊接电源连接，焊枪为特制等离子双孔粉末喷焊焊枪，焊枪分别与等离子电源、焊接电源、水箱连接；所述送粉***包括送粉器、第一粉管与第二粉管，送粉器为负压式双桶送粉器，送粉器设有第一送粉桶与第二送粉桶，第一送粉桶通过第一粉管与焊枪的喷嘴连接，第二送粉桶通过第二粉管与焊枪的喷嘴连接；所述焊接控制***分别与机器人控制柜、送粉器通过数据线连接。

其中，所述的喷嘴为五孔二路水冷等离子嘴结构，喷嘴上端面左右两侧分别设有第一下粉分流槽与第二下粉分流槽，喷嘴中部开设有贯穿喷嘴的送气孔，喷嘴设有环形结构的冷却水槽；所述第一下粉分流槽与第一粉管连接，第一下粉分流槽开设有三个第一下粉口，第一下粉口贯穿喷嘴，第一下粉口底部与水平面夹角角度为45°，三个第一下粉口之间的夹角角度为10°；所述第二下粉分流槽与第二粉管连接，第二下粉分流槽开设有二个第二下粉口，第二下粉口贯穿喷嘴，第二下粉口底部与水平面夹角角度为66°，二个第二下粉口之间的夹角角度为10°。

其中，所述的喷嘴在使用时，第一粉体通过第一粉管进入喷嘴，在第一下粉分流槽处通过三个第一下粉口将第一粉体引导至喷嘴的下端，三路第一粉体以与水平面45°夹角的角度喷出；第一下粉口之间的夹角角度为10°，送出的粉末呈半圆弧形状，将粉末送至送气孔的正下方6mm-7mm处；第二粉体通过第二粉管进入喷嘴，在第二下粉分流槽处通过二个第二下粉口将第二粉体引导至喷嘴的下端，二路第二粉体以与水平面66°夹角的角度喷出，第二下粉口之间的夹角角度为10°，在送粉时，可将大颗粒粉末送至送气孔的正下方20mm处。

其中，所述的六轴机器人与机器人控制柜组成弧焊机器人，内部配有弧焊软件包，与焊机经过通讯协议Pronfinet进行通讯；所述双轴协同变位机设有翻转轴与旋转轴，翻转角度小于90°，旋转角度为无极旋转，双轴协同变位机与六轴机器人进行八轴TCP协同操作。

其中，所述的焊接控制***位于位于焊接电源及等离子电源之间，配有HMI显示、PLC、等离子焊接过程气体控制硬件设备，在焊接过程中控制焊接参数曲线，气体参数曲线与填充材料曲线。

其中，所述的等离子电源为FRONIUSTT2200额定焊接电源，电流为3A-220A，电压为0-35V；所述焊接电源为FRONIUSTT5000额定焊接电源，电流为3A-500A，电压为0-35V。

其中，所述的第一送粉桶与第二送粉桶的容量为25L；所述第一粉管与第二粉管为防静电管；所述第一下粉口为弯折结构。

其中，所述的喷嘴的上口直径为60mm，喷嘴的下口直径为20mm；所述送气孔的直径为4mm；所述第一下粉口的直径为1.2mm；所述第二下粉口的直径为2mm；所述冷却水槽位于送气孔***，冷却水槽的宽度为5mm，冷却水槽的直径为40mm。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：本发明提供了一种双路送粉电弧混粉合金化的PTA焊接方法，有效解决粉末在运输中碰到的WC及W2C的沉降问题，主要是在焊接工艺中硬质相易沉降在熔池底部的问题。本发明采用双桶各自送粉的形式，粘接相和硬质相每个对应一个送粉桶，每个送粉桶都可以独立送粉及送气，采用独立的粉末曲线来调节粉末混合比例，送粉精度高，电弧混合粉末的比例精度就高，经测试精度误差范围小于1％。使用时粘接相在前硬质相在后以此来形成二种焊接金属粉末电弧合金化，将高密度的硬质相均匀分布在焊缝金属间以此来获得高质量耐磨焊缝。

同时，本发明首次在机器人PTA粉末喷焊***中使用高精度负压式双桶25L送粉器及PTA等离子喷嘴双孔粘接相及硬质相分二路送粉的电弧熔池混粉合金化的装备，并公开了具体的焊接方法。提供高质量的防止粉末偏析的工艺，为耐磨堆焊提供全新的思路。

附图说明

图1为本发明的焊接设备的结构示意图；

图2为本发明的等离子喷嘴的使用状态图；

图3为本发明的等离子喷嘴的下端面的结构示意图；

图4为本发明的等离子喷嘴的截面结构示意图；

图5为本发明的等离子喷嘴的上端面的结构示意图；

图6为本发明的实施例的效果图；

图中1为六轴机器人；2为等离子电源；3为焊接控制***；4为焊接电源；5为送粉器；6为第一送粉桶；7为第二送粉桶；8为机器人控制柜；9为双轴协同变位机；10为焊枪；11为第一粉管；12为第二粉管；13为喷嘴；14为第二粉体；15为第一粉体；16为第一下粉口；17为第二下粉口；18为第一下粉分流槽；19为第二下粉分流槽；20为冷却水槽；21为送气孔；22为水箱。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案做进一步的描述。

本发明的一种双路送粉电弧混粉合金化的PTA焊接方法，包括下述步骤：

1)设备通电：接通电源为焊接设备的六轴机器人1、等离子电源2、焊接控制***3、焊接电源4、送粉器5、机器人控制柜8、双轴协同变位机9上电，使焊接设备处于可编辑作用状态；

2)安装工件：将待焊接的工件安装在双轴协同变位机9的旋转轴表面；

3)填装材料：在送粉器5的第一送粉桶6与第二送粉桶7内分别加入第一粉体15与第二粉体14；连接第一粉管11与焊枪10的喷嘴13的第一下粉口16用于第一送粉桶6内的第一粉体15通过；连接第二粉管12与焊枪10的喷嘴13的第二下粉口17用于第二送粉桶7内的第二粉体14通过；根据粉末的特性确定第一下粉口16与第二下粉口17的数量与口径；

4)安装钨针：在焊枪10内安装钨针，使用钨针调节工具调节钨针在送气孔21内的位置，打开等离子气与焊接保护气；

5)开启维弧：使用焊接控制***3的HMI屏打开维护，即打开等离子弧，开始等离子电流与等离子气，焊枪10的等离子中心孔处出现电弧；

6)机器人编程：遥控六轴机器人1，将焊枪10下端的等离子喷嘴13调试至待焊工件表面15mm-19mm处，设置好起弧点及收弧点；将第一下粉口16调试至焊接方向的前端，第二下粉口17调试至焊接方向的后端，实现焊接时电弧混粉材料合金化；

7)焊接编程：使用焊接控制***3的HMI屏调试焊接工艺参数曲线、气体工艺曲线与送粉参数曲线，存至JOB调用JOB或在线使用焊接工艺参数；

8)开始焊接：使用机器人示教器启动焊接，焊接电源4启动工作开启主电弧，关闭维护；在焊接过程中，第一下粉口16送出的第一粉体15送至焊接电弧的中心处，机器人往前端焊接时会融化粉末形成焊缝液态熔池，后端的第二下粉口17会将第二送粉桶7的另外一种材料粉末送至液态金属表面，与之前第一下粉口16融化后的液态金属溶合并冶金沉淀并且凝固，形成一种新的材料；

9)焊接结束：在六轴机器人1走完焊接程序后自动停止焊接并执行焊接控制***3的收弧程序完成收弧的焊接；关闭主电弧，开启维护状态；完成焊接操作。

进一步的，焊接设备包括机器人***、焊接***与送粉***三个部分；机器人***包括六轴机器人1、机器人控制柜8与双轴协同变位机9，机器人控制柜8分别与六轴机器人1、双轴协同变位机9通过数据线连接；焊接***包括等离子电源2、焊接控制***3、焊接电源4、焊枪10与水箱22，焊接控制***3分别与等离子电源2、焊接电源4连接，焊枪10为特制等离子双孔粉末喷焊焊枪，焊枪10分别与等离子电源2、焊接电源4、水箱22连接；送粉***包括送粉器5、第一粉管11与第二粉管12，送粉器5为负压式双桶送粉器，送粉器5设有第一送粉桶6与第二送粉桶7，第一送粉桶6通过第一粉管11与焊枪10的喷嘴13连接，第二送粉桶7通过第二粉管12与焊枪10的喷嘴13连接；焊接控制***3分别与机器人控制柜8、送粉器5通过数据线连接。

进一步的，喷嘴13为五孔二路水冷等离子嘴结构，喷嘴13上端面左右两侧分别设有第一下粉分流槽18与第二下粉分流槽19，喷嘴13中部开设有贯穿喷嘴13的送气孔21，喷嘴13设有环形结构的冷却水槽20；第一下粉分流槽18与第一粉管11连接，第一下粉分流槽18开设有三个第一下粉口16，第一下粉口16贯穿喷嘴13，第一下粉口16底部与水平面夹角角度为45°，三个第一下粉口16之间的夹角角度为10°；第二下粉分流槽19与第二粉管12连接，第二下粉分流槽19开设有二个第二下粉口17，第二下粉口17贯穿喷嘴13，第二下粉口17底部与水平面夹角角度为66°，二个第二下粉口17之间的夹角角度为10°。

喷嘴13的使用方法如下：第一粉体15通过第一粉管11进入喷嘴13，在第一下粉分流槽18处通过三个第一下粉口16将第一粉体15引导至喷嘴13的下端，三路第一粉体15以与水平面45°夹角的角度喷出；第一下粉口16之间的夹角角度为10°，送出的粉末呈半圆弧形状，将粉末送至送气孔21的正下方6mm-7mm处；第二粉体14通过第二粉管12进入喷嘴13，在第二下粉分流槽19处通过二个第二下粉口17将第二粉体14引导至喷嘴13的下端，二路第二粉体14以与水平面66°夹角的角度喷出，第二下粉口17之间的夹角角度为10°，在送粉时，可将大颗粒粉末送至送气孔21正下方20mm处。

进一步的，六轴机器人1与机器人控制柜8组成弧焊机器人，内部配有弧焊软件包，可与焊机经过通讯协议Pronfinet进行通讯；双轴协同变位机9设有翻转轴与旋转轴，翻转角度小于90°，旋转角度为无极旋转，双轴协同变位机9与六轴机器人1进行八轴TCP协同操作。焊接控制***3位于位于焊接电源4及等离子电源2之间，配有HMI显示、PLC、等离子焊接过程气体控制硬件设备，在焊接过程中控制焊接参数曲线，气体参数曲线与填充材料曲线。等离子电源2为FRONIUSTT2200额定焊接电源，电流为3A-220A，电压为0-35V；焊接电源4为FRONIUSTT5000额定焊接电源，电流为3A-500A，电压为0-35V。第一送粉桶6与第二送粉桶7的容量为25L；第一粉管11与第二粉管12为防静电管；第一下粉口16为弯折结构。

进一步的，喷嘴13的上口直径为60mm，喷嘴13的下口直径为20mm；送气孔21的直径为4mm；第一下粉口16的直径为1.2mm；第二下粉口17的直径为2mm；冷却水槽20位于送气孔21***，冷却水槽20的宽度为5mm，冷却水槽20的直径为40mm。

本发明提供了一种双路送粉电弧混粉合金化的PTA焊接方法，有效解决粉末在运输中碰到的WC及W2C的沉降问题，主要是在焊接工艺中硬质相易沉降在熔池底部的问题。本发明采用双桶各自送粉的形式，粘接相和硬质相每个对应一个送粉桶，每个送粉桶都可以独立送粉及送气，采用独立的粉末曲线来调节粉末混合比例，送粉精度高，电弧混合粉末的比例精度就高，经测试精度误差范围小于1％。使用时粘接相在前硬质相在后以此来形成二种焊接金属粉末电弧合金化，将高密度的硬质相均匀分布在焊缝金属间以此来获得高质量耐磨焊缝。

同时，本发明首次在机器人PTA粉末喷焊***中使用高精度负压式双桶25L送粉器及PTA等离子喷嘴双孔粘接相及硬质相分二路送粉的电弧熔池混粉合金化的装备，并公开了具体的焊接方法。提供高质量的防止粉末偏析的工艺，为耐磨堆焊提供全新的思路。

实施例：

在矿砂机械设备直刮刀刀刃表面宽度25mm处PTA工艺增材制造NI60+50％WC粉末堆焊，厚度3mm，焊后要求粘接相宏观硬度大于55HRC，WC均匀分布焊缝表面，焊缝内部及焊缝底部，显微100×无偏析现象，焊缝金属需具有一定的耐腐蚀性要求。

直刮刀规格长200mm宽50mm厚度15mm，数量100件，要求重复定位精度±0.1mm。之前采用单筒常规重力式送粉器送混好的粉末，产品寿面短只有一周，更换频率大，磨损形式为合金层不耐磨，金相显示为WC在焊缝内分布混乱、不均匀。

要求焊接材料为：

NI60粉末成份：C(1.0-0.6),Cr(14-17)，B(2-4.5),Si(3-4.5),Fe(＜15)，Ni余量；

WC粉末成份：W(95-96),LC(3.8-4.1),其余为微量元素。

采用本发明的双路送粉电弧混粉合金化的PTA焊接方法，包括下述步骤：

1)设备通电：接通电源为焊接设备的六轴机器人1、等离子电源2、焊接控制***3、焊接电源4、送粉器5、机器人控制柜8、双轴协同变位机9上电，使焊接设备处于可编辑作用状态。

2)安装工件：将直刮刀安装在双轴协同变位机9的旋转轴表面，使其刃口往上处于PA位置，并保持刃口处于向上的水平状态，夹紧直刮刀使其不会前后左右晃动。

3)填装材料：此处采用单瓶NI60粉末及单瓶的WC粉末，在填装至送粉桶前，使用80目-150目的筛网筛选粉末，去除粉末中较小或较大的粉末，此步骤是为了防止较大的粉末堵塞等离子喷嘴13的送粉口，另外较小的粉末焊接时与较大的粉末工艺存在着差异化。将筛选好的粉末分别倒入第一送粉桶6与第二送粉桶7，即NI60粉末倒入第一送粉桶6，WC粉末倒入第二送粉桶7；使用防静电管分别将负压式双桶送粉器的第一送粉桶6与第二送粉桶7连接上焊枪10的第一下粉口16与第二下粉口17，以保证第一下粉口16单独送NI60粉末，第二下粉口17单独送WC粉末。

三个第一下粉口16的直径为1.2mm；二个第二下粉口17的直径为2mm；第一下粉口16底部与水平面夹角角度为45°，三个第一下粉口16之间的夹角角度为10°；第二下粉口17底部与水平面夹角角度为66°，二个第二下粉口17之间的夹角角度为10°。

喷嘴13的上口直径为60mm，喷嘴13的下口直径为20mm；送气孔21的直径为4mm。

4)安装钨针：钨针选择直径4.0—4.8mm，将钨针***送气孔21内，使用钨针调节工具调节钨针在送气孔21内的位置，打开等离子气与焊接保护气。

5)开启维弧：使用焊接控制***3的HMI屏设置等离子电流10A，等离子气1.5L/min，打开维护，即打开等离子弧，开始等离子电流与等离子气，焊枪10的等离子中心孔处出现电弧。

6)机器人编程：遥控六轴机器人1，将焊枪10下端的等离子喷嘴13调试至待焊工件表面15mm-19mm处，设置直刮刀的一头为起弧点及另一头为收弧点；将NI60粉末的第一下粉口16调试至焊接方向的前端，WC粉末的第二下粉口17调试至焊接方向的后端，实现焊接时电弧混粉材料合金化。

7)焊接编程：使用焊接控制***3的HMI屏调试焊接工艺参数曲线、气体工艺曲线与送粉参数曲线，存至JOB调用JOB或在线使用焊接工艺参数；根据NI60粉末的液相线温度，焊接时焊接规范参数应当减小，设置焊接电流110A，焊接速度120mm/min，NI60送粉量8g/min，WC送粉量8g/min，焊接时等离子气2L/min，等离子电流15A，保护气15L/min，NI60送粉气流量2L/min，WC送粉气流量4L/min，摆动宽度11mm，摆动频率0.7HZ，摆动左右停留0.3S。使用机器人在线调用参数模式。

8)开始焊接：使用机器人示教器启动焊接，焊接电源4启动工作开启主电弧，关闭维护；在焊接过程中，第一下粉口16送出的NI60粉末送至焊接电弧的中心处融化形成焊缝液态熔池，机器人往前端运动时，后端的第二下粉口17会将第二送粉桶7的WC粉末送至液态金属表面，在刚刚撒至焊缝液态熔池表面后0.4S左右迅速凝固，形成一种新的合金化材料。C(1.3-1.8),WC(49-51),Cr(14-17)，B(2-4.5),Si(2.5-3),Fe(15-20)，Ni余量,即镍基碳化钨。

9)焊接结束：在六轴机器人1走完焊接程序后会自动停止焊接并执行焊接控制***3的收弧程序完成收弧的焊接；关闭主电弧，开启维护状态；完成焊接操作。

10)换工件：取走双轴协同变位机9上焊好的铰刀，安装新的铰刀后并夹紧使其的位置与之前相同后开始机器人示教器上的开关按钮开始焊接，反复操作，机器人会将所有99件焊完，使用机器人可以保证其要求的重复定位精度。

使用效果分析：焊接时，因设置摆宽11mm，在机器人摆动至边缘停留0.3S，电弧会自己铺展至边缘保证焊缝的饱满及圆润。液态熔池运动中存在时间较短，机器人均匀摆动可以使焊后金属表面呈鱼鳞纹状，在焊缝表面有密密麻麻的凸起的点，即WC硬质相。焊后切样经100×检测焊缝NI60的焊缝表面，焊缝内部及焊缝底部平均分布着WC，且无气孔等缺陷，经过客户使用反馈，新电弧混粉工艺做出的铰刀使用寿命和之前相比提高了3倍，获得了良好的使用效果。

Claims (6)

1.一种双路送粉电弧混粉合金化的PTA焊接方法，其特征在于：包括下述步骤：

1)设备通电：接通电源为焊接设备的六轴机器人(1)、等离子电源(2)、焊接控制***(3)、焊接电源(4)、送粉器(5)、机器人控制柜(8)、双轴协同变位机(9)上电，使焊接设备处于可编辑作用状态；

2)安装工件：将待焊接的工件安装在双轴协同变位机(9)的旋转轴表面；

3)填装材料：在送粉器(5)的第一送粉桶(6)与第二送粉桶(7)内分别加入第一粉体(15)与第二粉体(14)；连接第一粉管(11)与焊枪(10)的喷嘴(13)的第一下粉口(16)用于第一送粉桶(6)内的第一粉体(15)通过；连接第二粉管(12)与焊枪(10)的喷嘴(13)的第二下粉口(17)用于第二送粉桶(7)内的第二粉体(14)通过；根据粉末的特性确定第一下粉口(16)与第二下粉口(17)的数量与口径；

4)安装钨针：在焊枪(10)内安装钨针，使用钨针调节工具调节钨针在送气孔(21)内的位置，打开等离子气与焊接保护气；

5)开启维弧：使用焊接控制***(3)的HMI屏打开维护，即打开等离子弧，开始等离子电流与等离子气，焊枪(10)的等离子中心孔处出现电弧；

6)机器人编程：遥控六轴机器人(1)，将焊枪(10)下端的等离子喷嘴(13)调试至待焊工件表面15mm-19mm处，设置好起弧点及收弧点；将第一下粉口(16)调试至焊接方向的前端，第二下粉口(17)调试至焊接方向的后端，实现焊接时电弧混粉材料合金化；

7)焊接编程：使用焊接控制***(3)的HMI屏调试焊接工艺参数曲线、气体工艺曲线与送粉参数曲线，存至JOB调用JOB或在线使用焊接工艺参数；

8)开始焊接：使用机器人示教器启动焊接，焊接电源(4)启动工作开启主电弧，关闭维护；在焊接过程中，第一下粉口(16)送出的第一粉体(15)送至焊接电弧的中心处，机器人往前端焊接时会融化粉末形成焊缝液态熔池，后端的第二下粉口(17)会将第二送粉桶(7)的另外一种材料粉末送至液态金属表面，与之前第一下粉口(16)融化后的液态金属溶合并冶金沉淀并且凝固，形成一种新的材料；

9)焊接结束：在六轴机器人(1)走完焊接程序后自动停止焊接并执行焊接控制***(3)的收弧程序完成收弧的焊接；关闭主电弧，开启维护状态；完成焊接操作；

所述的焊接设备包括机器人***、焊接***与送粉***三个部分；所述机器人***包括六轴机器人(1)、机器人控制柜(8)与双轴协同变位机(9)，机器人控制柜(8) 分别与六轴机器人(1)、双轴协同变位机(9)通过数据线连接；所述焊接***包括等离子电源(2)、焊接控制***(3)、焊接电源(4)、焊枪(10)与水箱(22)，焊接控制***(3)分别与等离子电源(2)、焊接电源(4)连接，焊枪(10)为特制等离子双孔粉末喷焊焊枪，焊枪(10)分别与等离子电源(2)、焊接电源(4)、水箱(22)连接；所述送粉***包括送粉器(5)、第一粉管(11)与第二粉管(12)，送粉器(5)为负压式双桶送粉器，送粉器(5)设有第一送粉桶(6)与第二送粉桶(7)，第一送粉桶(6)通过第一粉管(11)与焊枪(10)的喷嘴(13)连接，第二送粉桶(7)通过第二粉管(12)与焊枪(10)的喷嘴(13)连接；所述焊接控制***(3)分别与机器人控制柜(8)、送粉器(5)通过数据线连接；

所述的喷嘴(13)为五孔二路水冷等离子嘴结构，喷嘴(13)上端面左右两侧分别设有第一下粉分流槽(18)与第二下粉分流槽(19)，喷嘴(13)中部开设有贯穿喷嘴(13)的送气孔(21)，喷嘴(13)设有环形结构的冷却水槽(20)；所述第一下粉分流槽(18)与第一粉管(11)连接，第一下粉分流槽(18)开设有三个第一下粉口(16)，第一下粉口(16)贯穿喷嘴(13)，第一下粉口(16)底部与水平面夹角角度为45°，三个第一下粉口(16)之间的夹角角度为10°；所述第二下粉分流槽(19)与第二粉管(12)连接，第二下粉分流槽(19)开设有二个第二下粉口(17)，第二下粉口(17)贯穿喷嘴(13)，第二下粉口(17)底部与水平面夹角角度为66°，二个第二下粉口(17)之间的夹角角度为10°；

所述的喷嘴(13)在使用时，第一粉体(15)通过第一粉管(11)进入喷嘴(13)，在第一下粉分流槽(18)处通过三个第一下粉口(16)将第一粉体(15)引导至喷嘴(13)的下端，三路第一粉体(15)以与水平面45°夹角的角度喷出；第一下粉口(16)之间的夹角角度为10°，送出的粉末呈半圆弧形状，将粉末送至送气孔(21)的正下方6mm-7mm处；第二粉体(14)通过第二粉管(12)进入喷嘴(13)，在第二下粉分流槽(19)处通过二个第二下粉口(17)将第二粉体(14)引导至喷嘴(13)的下端，二路第二粉体(14)以与水平面66°夹角的角度喷出，第二下粉口(17)之间的夹角角度为10°，在送粉时，可将大颗粒粉末送至送气孔(21)的正下方20mm处。

2.根据权利要求1所述的双路送粉电弧混粉合金化的PTA焊接方法，其特征在于：所述的六轴机器人(1)与机器人控制柜(8)组成弧焊机器人，内部配有弧焊软件包，与焊机经过通讯协议Pronfinet进行通讯；所述双轴协同变位机(9)设有翻转轴与旋转轴，翻转角度小于90°，旋转角度为无极旋转，双轴协同变位机(9)与六轴机器人(1)进行八轴TCP协同操作。

3.根据权利要求1所述的双路送粉电弧混粉合金化的PTA焊接方法，其特征在于：所述的焊接控制***(3)位于焊接电源(4)及等离子电源(2)之间，配有HMI显示、PLC、等离子焊接过程气体控制硬件设备，在焊接过程中控制焊接参数曲线，气体参数曲线与填充材料曲线。

4.根据权利要求1所述的双路送粉电弧混粉合金化的PTA焊接方法，其特征在于：所述的等离子电源(2)为FRONIUSTT2200额定焊接电源，电流为3A-220A，电压为0-35V；所述焊接电源(4)为FRONIUSTT5000额定焊接电源，电流为3A-500A，电压为0-35V。

5.根据权利要求1所述的双路送粉电弧混粉合金化的PTA焊接方法，其特征在于：所述的第一送粉桶(6)与第二送粉桶(7)的容量为25L；所述第一粉管(11)与第二粉管(12)为防静电管；所述第一下粉口(16)为弯折结构。

6.根据权利要求1所述的双路送粉电弧混粉合金化的PTA焊接方法，其特征在于：所述的喷嘴(13)的上口直径为60mm，喷嘴(13)的下口直径为20mm；所述送气孔(21)的直径为4mm；所述第一下粉口(16)的直径为1.2mm；所述第二下粉口(17)的直径为2mm；所述冷却水槽(20)位于送气孔(21)***，冷却水槽(20)的宽度为5mm，冷却水槽(20)的直径为40mm。

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