一种420不锈钢增材制造件与非增材制造件的激光焊接工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种420不锈钢增材制造件与非增材制造件的激光焊接工艺，所述的420不锈钢增材制造件与非增材制造件的激光焊接工艺的制备工序为烘干不锈钢粉末、420不锈钢粉末颗粒制备、420SS金属块制备、薄板制备、切割处理、打磨处理和板材焊接。本发明专利技术的420不锈钢增材制造件与非增材制造件的激光焊接工艺可以获得良好的成型性能，焊缝区没有气孔、没有裂纹等缺陷，并且可以获得较高的抗拉强度，在焊接的韧性方面，采用1.1

【技术实现步骤摘要】
一种420不锈钢增材制造件与非增材制造件的激光焊接工艺


[0001]本专利技术涉及增材制造件的激光焊接工艺领域，具体为一种420不锈钢增材制造件与非增材制造件的激光焊接工艺。

技术介绍

[0002]增材制造技术是通过计算机三维模型控制逐层智能制备而获得越来越多的研究。增材制造技术具有自身独特的技术优势，如，与铸造、锻造等传统制备技术相比较，具有更少的加工工序、更高的材料利用率。其中激光选区熔覆工艺(SLM)是增材技术中比较成熟的一种，与其他增材制造技术相比，SLM技术较为成熟且已研制出商用设备。激光选区增材制备可以获得比铸造和锻造更优越的结构和机械性能。
[0003]激光选区增材制备的优越性，使其在420不锈钢复杂件制备领域具有广阔的应用前景，420不锈钢(420SS)是一种马氏体不锈钢，具有高强度、抗高温氧化及优秀的抗腐蚀性能，被广泛应用于工具、航空、海洋、汽车、核电及国防领域。420SS的应用领域中，有很多复杂结构的工件，如汽车发动机排气歧管，其传统成型工序多，传统工艺也限制高复杂结构的应用。而增材制造在复杂件制备中具有很大的优势，采用增材制备420SS复杂件将是一种可靠的方法。研究者们已经研究了420SS不锈钢的打印工艺和性能，打印状态的420SS的抗力强度高，经过热处理条件的420SS的打印件力学性能优于相同热处理条件的锻造材料。420SS在选择性激光熔融过程中打印件上层的硬度为750HV，组织中包含21
±
1.2vol.％的奥氏体相，最终的大块打印件微观结构由热分解马氏体组成，硬度为500
‑
550HV，奥氏体含量异常高达到57
±
8vol.％。丝状电弧增材制备的420不锈钢零件与420SS锻造相比，增材制备件无缺陷冶金结合的微观结构以及更好的机械性能。对于激光选区熔融法制备的TiN/AISI420不锈钢金属基复合材料样品，TiN的加入对密度和硬度有很大的影响，当TiN含量增加打印件的密度和硬度都快速增加，这主要归因于其对粉末的激光吸收率和液态金属的润湿性的影响。综上，目前对于420马氏体不锈钢的激光选区增材制造已经获得一定的研究和应用。
[0004]随着420SS打印件的应用越来越广泛，就不可避免的涉及打印件与打印件的焊接需求，因为非复杂结构的420SS零件以传统工艺制备是比较低成本及符合目前的技术现状。因此将420不锈钢的复杂件进行增材制备，与非复杂件的传统工艺制备件进行焊接是比较理想的技术方案。
[0005]激光焊接是一种具有更高能量密度的焊接方法，其所具备的热量输入低和快速凝固的特点不仅会得到晶粒更细的接头组织，而且也会达到相较于母材硬度更高的效果，热输入是影响接头显微硬度变化的重要因素，接头的强度与延伸性在根本上也取决于热输入。然而，增材制备的420SS零件和传统工艺的420SS零件之间的焊接尚未研究，本专利技术主要提供420SS增材制备件与非增材制备件之间的激光焊接工艺，提供420增材制造件与非增材件直接的焊接工艺方案。
[0006]有鉴于此，本专利技术提供一种420SS增材制造件和传统轧制件之间的激光焊接工艺。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种420不锈钢增材制造件与非增材制造件的激光焊接工艺，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案，一种420不锈钢增材制造件与非增材制造件的激光焊接工艺，所述的420不锈钢增材制造件与非增材制造件的激光焊接工艺的制备工序为烘干不锈钢粉末、420不锈钢粉末颗粒制备、420SS金属块制备、薄板制备、切割处理、打磨处理和板材焊接。
[0009]优选的，所述烘干不锈钢粉末的具体过程为：
[0010]使用烘箱对不锈钢粉末烘干，烘干温度为100℃，时间为2h。
[0011]优选的，所述420不锈钢粉末颗粒制备的具体过程为：
[0012]采用激光选区增材制造工艺制备420不锈钢增材制造件，材料采用气雾化法制备的420不锈钢粉末颗粒，其中，
[0013]420不锈钢粉末的粒径值在15
‑
53μm范围内，其化学成分占比为：
[0014]铬：13.50％；锰：0.89％；镍：0.58％；硅：0.39；碳：0.221％；氧：0.039％；硫：0.003％；磷：0.008；铁：余量。
[0015]优选的，所述420SS金属块制备的具体过程为：
[0016]使用金属3D打印机制备尺寸为100mm
×
50mm
×
20mm的不锈钢金属块，其中：打印工艺参数为：
[0017]激光功率为310W；
[0018]扫描速度为1025mm/s；
[0019]层厚为50μm；
[0020]扫描间距为0.11mm；
[0021]层间转角为33
°
；
[0022]扫描方式为条带扫描。
[0023]优选的，所述薄板制备的具体过程为：
[0024]将打印的420SS金属块切割成薄板，待用；
[0025]准备传统轧制的420SS板，待用。
[0026]优选的，所述切割处理的具体过程为：
[0027]将SLM成形的420SS薄板切割成规格为100mm
×
50mm
×
2mm的薄板；
[0028]将传统轧制的420SS板切割成规格为100mm
×
50mm
×
2mm的薄板。
[0029]优选的，所述打磨处理的具体过程为：
[0030]将切割后的SLM成形件420SS薄板与传统轧制的420SS薄板进行边缘打磨与表面打磨，去除表面油污、锈、水汽等。
[0031]优选的，所述板材焊接的具体过程为：
[0032]采用激光焊接机对SLM成形件420SS薄板与传统轧制的420SS薄板进行焊接，其中：
[0033]激光焊接机的激光器的中心波长为1080nm；
[0034]激光焊接机连续最大输出功率为1500W；
[0035]激光焊接机冷却方式为水冷；
[0036]激光焊接机工艺设置的准直与焦距的大小分别为50mm、100mm，振镜摆动椭圆大小
为短轴1mm、长轴2m。
[0037]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0038]1.本专利技术的工艺可以获得良好的焊缝成型外观，焊缝区没有裂纹及气孔，焊缝正面和背面均光滑均匀，420不锈钢的SLM成形件与轧制件都具有良好的焊接成形性能；
[0039]2.本专利技术的焊缝区显微硬度的分布趋势是从SLM侧向轧制侧逐渐降低的，SLM侧的显微硬度在约为662.8Hv，熔合区的最大硬度可达669.6Hv，而轧制侧的显微硬度约为353.1Hv，激光焊接功率对焊缝区的显微硬度具有明显的差异；
[0040]3.420SS的SLM打印件与轧制件之间焊接件的的拉伸性能优良，其中四种激光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种420不锈钢增材制造件与非增材制造件的激光焊接工艺，其特征在于：所述的420不锈钢增材制造件与非增材制造件的激光焊接工艺的制备工序为烘干不锈钢粉末、420不锈钢粉末颗粒制备、420SS金属块制备、薄板制备、切割处理、打磨处理和板材焊接。2.根据权利要求1所述的一种420不锈钢增材制造件与非增材制造件的激光焊接工艺，其特征在于，所述烘干不锈钢粉末的具体过程为：使用烘箱对不锈钢粉末烘干，烘干温度为100℃，时间为2h。3.根据权利要求1所述的一种420不锈钢增材制造件与非增材制造件的激光焊接工艺，其特征在于，所述420不锈钢粉末颗粒制备的具体过程为：采用激光选区增材制造工艺制备420不锈钢增材制造件，材料采用气雾化法制备的420不锈钢粉末颗粒，其中，420不锈钢粉末的粒径值在15
‑
53μm范围内，其化学成分占比为：铬：13.50％；锰：0.89％；镍：0.58％；硅：0.39；碳：0.221％；氧：0.039％；硫：0.003％；磷：0.008；铁：余量。4.根据权利要求1所述的一种420不锈钢增材制造件与非增材制造件的激光焊接工艺，其特征在于，所述420SS金属块制备的具体过程为：使用金属3D打印机制备尺寸为100mm
×
50mm
×
20mm的不锈钢金属块，其中：打印工艺参数为：激光功率为310W；扫描速度为1025mm/s；层厚为50μm；扫描间距为0.11mm；层间转角为33

【专利技术属性】
技术研发人员：王德伟，徐以奎，朱超兵，黄仲佳，
申请(专利权)人：常州问天机电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：