[发明专利]一种基于旁轴送丝的焊接中的固氮装置及方法

权利要求书

1.一种基于旁轴送丝的焊接中的固氮装置，其特征在于，包括旁送丝机构（1），送丝管（3），送丝机（4），混气装置（5），焊枪（7）；

所述送丝机（4）通过送丝管（3）连接焊枪（7），为焊枪送丝，所述混气装置（5）通过送气管（6）为焊枪（7）提供保护气体，所述旁送丝机构（1）设置在焊枪（7）的一侧，在焊接过程中，为焊接输送氮化物丝材；

所述焊枪（7）外周设有螺旋气罩（8），所述螺旋气罩（8）内周壁设有螺旋型的气槽（9）；

所述气槽（9）的槽直径为4mm～7mm，气槽（9）从顶部到底部，其螺纹升角逐渐趋于平角，螺旋气槽螺纹升角为0°～60°，气槽（9）在螺旋气罩（8）出口的螺纹升角为0°～5°，螺旋气罩（8）采用SiC陶瓷制造，螺旋气罩（8）的输气出口呈缩颈状；

所述旁送丝机构（1）通过位置调节机构（2）调节旁送丝机构（1）的位置；

所述旁送丝机构（1）包括变速马达（10），送丝速度调节旋钮（11）和送丝速度显示液晶屏（12）；

所述位置调节机构（2）包括一个设置在焊枪（7）固定板上的横杆，和旁送丝机构（1）竖直设置的两个竖杆，所述横杆和竖杆上均设有条形槽，两个竖杆和横杆通过螺栓穿过条形槽实现竖杆和横杆的连接，竖杆条形槽的不同部位与横杆条形槽的不同部分连接实现旁送丝机构（1）位置的可调；

所述焊枪（7）的送气口设有气体流量计。

2.一种利用权利要求1上述的装置进行固氮的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤（1）：通过高氮钢焊缝的目标合金成分，确定Fe元素含量W_Fe%，选择高氮钢焊丝；

步骤（2）：确定Mn元素含量W_Mn％和Cr元素含量W_Cr％；氮化物合金元素i的含量Wif％比，经修正关系式Wif_修正％ ≈ Wif％×(1+μi+ξ)修正后得到氮化物合金元素i含量的修正值Wif_修正％；其中μi为烧损系数，μi＝0 .2％～5％，ξ为散射飞溅损失系数，ξ＝2％～8％；确定送入熔池的MnN质量m_MnN、CrN质量m_CrN与高氮钢焊丝的质量m_丝比为α：β：γ，确定加入的各氮化物的质量比，将各氮化物粉末混合均匀，制成丝材；制成丝材中氮化锰和氮化铬送入熔池的质量与焊丝的质量比m_MnN：m_CrN：m_丝=(V_氮化物丝×Δt×A_MnN×S_氮化物丝×ρ_氮化物丝):(V_氮化物丝×Δt×A_CrN ×S_氮化物丝×ρ_氮化物丝):(V_焊丝×Δt×S_焊丝×ρ_焊丝)，确定氮化物丝材的送丝速度，确定氮化物丝材的送丝速度具体为：送丝速率与焊丝的送丝速率满足关系式V_N化物：V_焊丝=(xα+yβ)：γ，其中x、y满足MnN、CrN摩尔质量换算比；旁侧氮化物送丝速率单位为m/min；焊丝送丝速率单位为m/min；S_氮化物丝是氮化物丝的横截面面积，单位是m²；ρ_氮化物丝是氮化物丝的密度，单位是g/m³；S_焊丝是焊丝的横截面面积，单位是m²；ρ_焊丝是焊丝的密度，单位是g/m³；Δt是时间，单位是min；其中V_氮化物丝、V_焊丝选取范围是1.5m/min~20m/min；

步骤（3）：选取焊接电流大小I；通过公式V_N化物：V_焊丝=(xα+yβ)：γ，确定送丝速率V_N化物和V_焊丝；保护气体按照计算后得到的质量比在混气装置（5）中混合均匀，随后输送到焊枪（7）的螺旋气槽（9）中；

步骤（4）：将Ar、O₂与N₂的保护气瓶分别与混气装置（5）相连，调节各气体含量占比，调节各气体含量占比具体为N₂的比例不超过20%，O₂的比例不超过2%，混合好的保护气体通过送气口进入螺旋气粉罩；

步骤（5）：启动焊接装置，调节参数，进行焊接，对焊缝进行固氮处理；调节参数具体为：调整焊枪距离焊接位置上方10-14mm处，同时调整旁侧送丝机构至距离焊缝12-15mm处，调节通入N₂、Ar和O₂的混合气的混气装置送气口的送气速率V_气，焊接速率v为5～15mm/min。