一种缆式焊丝CMT电弧增材制造双相-马氏体不锈钢的方法技术

本发明专利技术公开了一种缆式焊丝CMT电弧增材制造双相

【技术实现步骤摘要】
一种缆式焊丝CMT电弧增材制造双相
‑
马氏体不锈钢的方法


[0001]本专利技术涉及电弧增材制造
，具体涉及一种缆式焊丝CMT电弧增材制造双相
‑
马氏体不锈钢的方法。

技术介绍

[0002]缆式焊丝CMT电弧增材制造技术是一种多功能，具有巨大潜在发展价值的技术。该技术以冷金属过渡(coldmetaltransfer，CMT)为基础，应用一元化控制，将熔滴过渡与焊丝送给相结合，真正实现了无飞溅焊接，同时有效控制熔滴过渡，降低焊接热输入，实现金属构件电弧增材制造的成形控制。其中，缆式焊丝由其多根焊丝同直径式缠绕而成，并以其作为原材料进行增材制造，大大改善了单丝熔化沉积的效率与冶金污染问题，提高了工业生产率。并且缠绕的多根焊丝可为单质金属丝或合金丝或药芯焊丝以及他们多种方式组合，形成多成分缆式焊丝，为功能梯度材料的制备提供了新方法与新思路。与其他的增材制造技术相比，该方法不仅可以节省原料，还可以制作多尺寸复杂形状的零件；与常见的功能梯度材料的制备方法包括粉末冶金、等离子喷涂等相比，该方法的应用不仅增强了设备的可操作性，还提高了材料成分与结构的可调节性，大大拓展了该方法与所制造零件的应用领域和极端工况，例如航空航天、汽车制造、核电和海洋工程等领域，压强、温度和腐蚀性等工作环境随位置变化的极端工况等。但目前，主要的增材制造研究集中在单丝，多丝以及粉末为原材料的同种材料，异种金属的制备上，在缆式焊丝CMT电弧增材制造上的报道极少。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提高现有增材制造技术的制造效率与构件性能，以及拓展构建梯度材料新思路，提供一种应用缆式焊丝CMT电弧增材制造马氏体
‑
双相不锈钢的方法，所得到的增材试件的成形性和机械性能良好，达到实际使用标准，增材所用焊丝利用率高，制造效率提高明显，在实际生产中可实现广泛化应用。
[0004]为达到上述目的，本专利技术提供了下述技术方案予以实现：
[0005]一种缆式焊丝CMT电弧增材制造双相
‑
马氏体不锈钢的方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0006]1)准备304不锈钢作为基材，并对其进行打磨、清洁，再根据需求预制作缆式焊丝作为增材材料；
[0007]2)采用CMT焊接技术，以CMT不锈钢一元化控制原理(改变CMT送丝速度等同相对应的改变焊接电流与电压)，在CMT模式下通过熔化缆式双相不锈钢焊丝2Cr18，在304不锈钢基材上单道逐层沉积成形双相不锈钢构件；
[0008]3)完成步骤2)后，继续在双相不锈钢构件上使用缆式马氏体不锈钢焊丝4Cr13进行再制造，形成马氏体不锈钢构件；
[0009]4)成功通过CMT焊接技术制造半成品构件后，截取构件的横截面试样，并通过光学显微镜观察试样的微观结构，用维氏显微硬度测试仪测量沉积方向上的显微硬度；
[0010]5)步骤4)的测试参数设置为200g载荷，保持时间为15s，并对半成品构件中每个位置切取三个拉伸试样，所有拉伸测试均在万能拉伸试验机上在室温下以20mm/min的位移速率进行；
[0011]6)确保双相不锈钢构件区硬度为319.2Hv
‑
433.1Hv，拉伸强度为1179.6
±
14.8MP，应变为12.05
±
0.45％，马氏体不锈钢构件区硬度为561.5Hv
‑
737.8Hv拉伸强度为877.57
±
7.4MPa，应变为7.41
±
0.82％；
[0012]7)通过对满足步骤6)强度的半成品构件外表打磨塑形，得到双相
‑
马氏体不锈钢梯度构件。
[0013]进一步的，所述缆式双相不锈钢焊丝2Cr18化学成分(wt％)为：0.215C，0.91Si，0.59Mn，0.017P，0.005S，18.86Cr，4.14Ni，0.39Mo，0.01Cu；缆式马氏体不锈钢焊丝4Cr13化学成分(wt％)为：0.423C，0.48Si，0.42Mn，0.023P，0.002S，13.7Cr，1.28Ni，0.01Mo。
[0014]进一步的，所述缆式焊丝的直径为1.6mm，均由直径为0.6mm的6根同成分的实心焊丝以一根焊丝为中心环绕而成。
[0015]进一步的，所述双相
‑
马氏体不锈钢梯度构件沉积高度为75mm，所述双相不锈钢构件沉积高度为35mm，马氏体不锈钢构件沉积高度为40mm。
[0016]进一步的，所述步骤2)的CMT模式下进行增材制造的沉积工艺参数如下：送丝速度为5.5
‑
7.5m/min，焊接电流为113
‑
168A，焊接电压为11.2
‑
16.9V，焊枪总体行走速度为0.5
‑
0.7m/min，气体流量为15
‑
25L/min，焊枪至构件的工作距离为15mm。
[0017]本专利技术的目的在于采用缆式焊丝CMT电弧增材制造双相
‑
马氏体不锈钢的方法，高效增材制造性能良好的构件，以及为构建新型梯度材料拓展新思路与新方法。为缆式焊丝CMT电弧增材制造的普及使用，提供有效的工艺与理论基础。而且本专利技术的有益效果是：1.缆式焊丝CMT电弧增材制造技术可以缩短不锈钢及其他材料零件的生产周期，提高材料的利用率，以节约制造成本。2.本专利技术采用的缆式焊丝CMT电弧增材制造梯度构件的力学性能优越，为多成分缆式焊丝(缆式焊丝由一种或多种金属单质丝或合金丝或药芯焊丝制成)增材制造新材料(高熵合金或梯度材料)以及材料性能和结构优化(金属元素或化合物微量元素)的发展提供了可行性方案。3.本专利技术的CMT电弧增材制造工艺简单、操作方便、生产周期短、可以极大程度上优化结构件的生产流程。4.本专利技术采用的缆式焊丝CMT电弧增材制造构件的方法为其它缆式焊丝增材制造方式(激光或电子束或等离子弧等)提供了提供一种新思路与实践借鉴。
附图说明
[0018]图1是本专利技术的不锈钢CMT增材制造构件与试样切取示意图。
[0019]图2是本专利技术实施例中试样所测取的硬度曲线图。
[0020]图3是CMT增材制造构件的试样拉伸性能与其他材料性能对比图。
具体实施方式
[0021]为了能够更清楚地理解本专利技术的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0022]下面结合附图1
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3和具体实施例对本专利技术作进一步详细的描述：
[0023]针对目前的增材制造研究情况，本专利技术提出一种应用缆式焊丝CMT电弧增材制造马氏体
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双相不锈钢的方法。该方法采用冷金属过渡电弧作为热源，通过熔化缆式双相不锈钢焊丝，在304不锈钢基材上单道逐层沉积成形；之后，在双相不锈钢构件上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种缆式焊丝CMT电弧增材制造双相
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马氏体不锈钢的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)准备304不锈钢作为基材，并对其进行打磨、清洁，再根据需求预制作缆式焊丝作为增材材料；2)采用CMT焊接技术，以CMT不锈钢一元化控制原理(改变CMT送丝速度等同相对应的改变焊接电流与电压)，在CMT模式下通过熔化缆式双相不锈钢焊丝2Cr18，在304不锈钢基材上单道逐层沉积成形双相不锈钢构件；3)完成步骤2)后，继续在双相不锈钢构件上使用缆式马氏体不锈钢焊丝4Cr13进行再制造，形成马氏体不锈钢构件；4)成功通过CMT焊接技术制造半成品构件后，截取构件的横截面试样，并通过光学显微镜观察试样的微观结构，用维氏显微硬度测试仪测量沉积方向上的显微硬度；5)步骤4)的测试参数设置为200g载荷，保持时间为15s，并对半成品构件中每个位置切取三个拉伸试样，所有拉伸测试均在万能拉伸试验机上在室温下以20mm/min的位移速率进行；6)确保双相不锈钢构件区硬度为319.2Hv
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433.1Hv，拉伸强度为1179.6
±
14.8MP，应变为12.05
±
0.45％，马氏体不锈钢构件区硬度为561.5Hv
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737.8Hv拉伸强度为877.57
±
7.4MPa，应变为7.41
±
0.82％；7)通过对满足步骤6)强度的半成品构件外表打磨塑形，得到双相
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马氏体不锈钢梯度构件。2.根据权利要求1所述的一种缆式焊丝CMT电弧增材制造双相...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈希章，苏传出，张健，
申请(专利权)人：温州大学，
类型：发明
国别省市：