增材制造低碳贝氏体钢的焊丝及制造低碳贝氏体钢的方法技术

本发明专利技术公开了一种制造低碳贝氏体钢的焊丝，焊丝为金属型药芯焊丝，药芯成分由以下成分组成：硅粉6％～12％，锰粉23％～25％，镍粉1.85％～3％，铌粉0.45％，钛粉0.2％，硼粉0.1％，钼粉0.9％～2.3％，氧化镧0.2％，其余为铁粉，以上组分质量百分比之和为100％；还公开了制造低碳贝氏体钢的方法，首先称量药芯合金粉并制备焊丝；其次将焊丝安装于焊接机器、规划焊接路径、确定层高并编程序至焊接机器；然后采用MAG焊并运行程序进行制造；最后增材制造完成后多次锤击成型的部件即得；所得低碳贝氏体钢具有优良的力学性能，可用于制造油气管线、工程机械、航空航天、造船、桥梁等工程领域中复杂零件。

Welding wire of low carbon bainitic steel and method of manufacturing low carbon bainitic steel

【技术实现步骤摘要】
增材制造低碳贝氏体钢的焊丝及制造低碳贝氏体钢的方法
本专利技术属于丝材电弧增材制造
，具体涉及一种增材制造低碳贝氏体钢的焊丝，还涉及一种制造低碳贝氏体钢的方法。
技术介绍
低碳贝氏体钢被国际公认为21世纪的钢种，是21世纪最具潜力的钢种，与普通合金钢相比，该钢种含碳量较低，在保证高强度的条件下，仍能保持很高的韧性，并在恶劣环境下能满足焊接性能，被广泛应用于石油天然气输送、架设桥梁、船舶及车辆制造、航空等领域。但目前由于该钢种生产成本巨大，难以实现大批量生产等问题阻碍了低碳贝氏体钢的发展。因此，如何降低生产高强高韧性低碳贝氏体钢成本是当前极须解决的问题。丝材电弧增材制造(WAAM)是以电弧作为热源熔化金属丝材，按照设定路径在基板上逐层堆积成形的一种制造方法。相较于传统的减法制造，一般不需要模具，且生产周期短、成本低、材料的利用率高、自动化程度高，特别在制造形状复杂的大尺寸薄壁构件有较大的优势。基于此，本专利技术介绍了一种基于MAG焊电弧增材制造的方法来制造低碳贝氏体钢。
技术实现思路
本专利技术的第一目的是提供一种增材制造低碳贝氏体钢的焊丝，实现了利用焊丝增材制造具有优良力学性能的薄壁结构件的目的。本专利技术的第二目的是提供一种制造低碳贝氏体钢的方法。本专利技术所采用的第一种技术方案是，一种增材制造低碳贝氏体钢的焊丝，增材制造低碳贝氏体钢的焊丝包括低碳钢钢皮和金属药芯，金属药芯成分由以下成分组成：硅粉6％～12％，锰粉23％～25％，镍粉1.85％～3％，铌粉0.45％，钛粉0.2％，硼粉0.1％，钼粉0.9％～2.3％，氧化镧0.2％，其余为铁粉，以上组分质量百分比之和为100％。本专利技术的第一种技术方案的特点还在于，金属型药芯焊丝的填充率以15wt％计算。本专利技术所采用的第二种技术方案是，一种制造低碳贝氏体钢的方法，具体实施步骤如下：步骤1，称量药芯合金粉，具体按照以下组分称量：硅粉6％～12％，锰粉23％～25％，镍粉1.85％～3％，铌粉0.45％，钛粉0.2％，硼粉0.1％，钼粉0.9％～2.3％，氧化镧0.2％，其余为铁粉，以上组分质量百分比之和为100％；步骤2，将步骤1称量好的合金粉通过逐级减径的方式制备焊丝；步骤3，将步骤2制备好的焊丝安装于焊接机器，并规划焊接路径、确定层高并编写程序输入至焊接机器中；步骤4，运行焊接机器命令，采用MAG焊为热源进行增材制造；步骤5，增材制造完成后，多次锤击焊接成型的部件。本专利技术所采用的第二种技术方案的特点还在于，所成型的部件的类型为低碳贝氏体钢薄壁结构件。步骤2制备焊丝的具体按照如下步骤实施：步骤2.1，将步骤1称量好的药芯合金粉干燥；通过成型机的压槽将低碳钢钢带轧制成U型槽；步骤2.2，将干燥完成的药芯合金粉放入U型槽中并用成型机使U型槽碾压闭合成初级焊丝；步骤2.3，先将初级焊丝用丙酮或无水乙醇擦拭干净再进行拉拔至直径为目标直径尺寸，再用蘸有丙酮或无水乙醇的棉布擦拭焊丝上的油污，最终将焊丝盘成圆盘并密封包装。步骤2.1具体为：将药芯合金粉混匀后置于管式炉中加热干燥后并炉冷至室温；加热干燥时持续通入氩气、保温温度为200℃～300℃，保温时间为2h～3h。步骤2.3的目标直径尺寸为1.18mm。步骤4的焊接工艺的具体参数为：焊接速度为0.21m/min～0.25m/min；每层焊枪提升4mm～6mm；保护气体为80％Ar+20％CO2。本专利技术的第一种技术方案，一种增材制造低碳贝氏体钢的焊丝的有益效果是，焊丝的药芯合金粉中加入La2O3，提高了低碳贝氏体钢薄壁结构件的强度；本专利技术的第二种技术方案，一种制造低碳贝氏体钢的方法具有至少以下有益效果，一是，将均匀混合的药芯粉末放置在管式炉中，持续通入氩气持续保温干燥，通过这种方法可以有效的避免合金元素的氧化，减少低碳贝氏体薄壁结构件氧元素的含量；二是，金属型药芯焊丝制备周期短，生产效率高，可以实现连续生产；三是，使用全自动焊接机器增材制造低碳贝氏体钢，增材制造效率高，丝材电弧增材制造可以通过焊接机器编程实现；四是，以MAG焊为热源，金属型药芯焊丝为原材料，增材制造低碳贝氏体钢的方法，增材制造过程中飞溅少、电弧稳定，焊缝成型美观、基本无塌陷现象、焊缝表面光洁，无气孔无夹渣；五是，增材制造完成后，用特制的锤头锤击焊接区域，减小焊接残余应力，提高薄壁结构件的抗疲劳能力；综上，本专利技术基于MAG焊，使用金属型药芯焊丝增材制造的低碳贝氏体钢薄壁结构件具有优良的力学性能即屈服强度大于620Mpa且抗拉强度大于740Mpa；该药芯焊丝及成型工艺可以用于油气管线、工程机械、航空航天、造船、桥梁等工程领域中复杂零件的增材制造。附图说明图1本专利技术一种制造低碳贝氏体钢的方法的实施例1的试样应力应变曲线；图2本专利技术一种制造低碳贝氏体钢的方法的实施例2的试样应力应变曲线；图3本专利技术一种制造低碳贝氏体钢的方法的实施例3的试样应力应变曲线；图4本专利技术一种制造低碳贝氏体钢的方法的实施例4的试样应力应变曲线；图5本专利技术一种制造低碳贝氏体钢的方法的实施例5的试样应力应变曲线；图6本专利技术一种制造低碳贝氏体钢的方法的实施例6的试样应力应变曲线。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术所采用的第一种技术方案是，一种增材制造低碳贝氏体钢的焊丝，增材制造低碳贝氏体钢的焊丝包括低碳钢钢皮和金属药芯，金属药芯成分由以下成分组成：硅粉6％～12％，锰粉23％～25％，镍粉1.85％～3％，铌粉0.45％，钛粉0.2％，硼粉0.1％，钼粉0.9％～2.3％，氧化镧0.2％，其余为铁粉，以上组分质量百分比之和为100％；金属型药芯焊丝的填充率以15wt％计算。本专利技术所采用的第一种技术方案，一种增材制造低碳贝氏体钢的焊丝中的药芯成分设计方法如下：低碳贝氏体钢按质量百分比由以下成分组成：C≤0.044％；Si：0.18％～0.35％；Mn：1.8％～1.96％；P≤0.011％；S≤0.003％；Ni：0.25％～0.42％；N≤0.005％；Nb：0.04％～0.07％；Ti：0.008％～0.015％；B：0.003％；Mo：0.11％～0.28％。考虑到合金元素在电弧增材过程中的烧损，使用元素过渡系数计算金属型药芯焊丝中合金成分的范围。其中，Cd为合金元素在焊缝中的含量(％)，Kb为金属型药芯焊丝的药粉重量系数，即填充率(％)，金属型药芯焊丝填充率取15％；Ccw为合金元素在金属型药芯焊丝的钢皮中的质量分数；金属型药芯焊丝钢皮选用低碳钢钢带，钢带杂质元素的质量百分比为：P≤0.035％，S≤0.03％；Cco为合金元素在药芯焊丝中的质量分数(％)。通过上述计算方式即得金属型药芯焊丝的药芯成分由以下成分组成。该焊丝中各组分的作用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种增材制造低碳贝氏体钢的焊丝，其特征在于，制造低碳贝氏体钢的焊丝包括低碳钢钢皮和金属药芯，所述金属药芯成分由以下成分组成：硅粉6％～12％，锰粉23％～25％，镍粉1.85％～3％，铌粉0.45％，钛粉0.2％，硼粉0.1％，钼粉0.9％～2.3％，氧化镧0.2％，其余为铁粉，以上组分质量百分比之和为100％。/n

【技术特征摘要】
1.一种增材制造低碳贝氏体钢的焊丝，其特征在于，制造低碳贝氏体钢的焊丝包括低碳钢钢皮和金属药芯，所述金属药芯成分由以下成分组成：硅粉6％～12％，锰粉23％～25％，镍粉1.85％～3％，铌粉0.45％，钛粉0.2％，硼粉0.1％，钼粉0.9％～2.3％，氧化镧0.2％，其余为铁粉，以上组分质量百分比之和为100％。


2.如权利要求1所述的一种增材制造低碳贝氏体钢的焊丝，其特征在于，所述金属型药芯焊丝的填充率以15wt％计算。


3.一种制造低碳贝氏体钢的方法，其特征在于，具体实施步骤如下：
步骤1，根据权利要求1所述的组分成分称量焊丝合金粉；
步骤2，将步骤1称量好的合金粉通过逐级减径的方式制备焊丝；
步骤3，将步骤2制备好的焊丝安装于焊接机器，并规划焊接路径、确定层高并编写程序输入至焊接机器中；
步骤4，运行焊接机器命令，采用MAG焊为热源进行增材制造；
步骤5，增材制造完成后，多次锤击焊接成型的部件。


4.如权利要求3所述的一种制造低碳贝氏体钢的方法，其特征在于，所成型的部件的类型为低碳贝氏体钢薄壁结构件。


5.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：张敏，王博玉，许帅，贾芳，朱子越，郝琛，苟川东，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61