一种耐腐蚀焊缝结构的3D打印构筑方法技术

本发明专利技术提供了一种耐腐蚀焊缝结构的3D打印构筑方法，涉及焊接方法技术领域。本发明专利技术利用3D打印技术制备的阻挡层和防腐层致密、均一且厚度可控，能够提高焊缝的耐腐蚀性，提高使用寿命；能够精准定位焊缝、精细处理焊缝影响范围，可大幅度降低材料损耗，成本低廉。本发明专利技术的方法操作灵活、方便，对于焊缝宏观结构无特殊要求，具有普适性。具有普适性。

【技术实现步骤摘要】
一种耐腐蚀焊缝结构的3D打印构筑方法


[0001]本专利技术涉及焊接方法
，具体涉及一种耐腐蚀焊缝结构的3D打印构筑方法。

技术介绍

[0002]目前，大型电解槽的主极板和极框的材料多采用碳钢，为防止腐蚀，需在碳钢材料表面电镀镍。在电解槽装配过程中，为了降低接触电阻（即电解槽槽压），通常需采用焊接工艺连接不同组件，例如，将镍丝网（含活性涂层）焊接到极板框上。然而，大型电解槽在工况运行后，常常可以观察到在焊缝位置的严重腐蚀，甚至进一步导致部件脱落，这主要是由于在高温焊接过程中，铁原子扩散造成焊缝表面的铁浓度较高，焊缝因原电池作用、阳极极化作用等，将发生剧烈的（电）腐蚀。尽管目前可通过增加密封垫来减少焊缝和电解液接触，延长电解槽使用寿命，但由于在高压环境下碱液会渗透到密封垫与焊缝之间，腐蚀问题没有得到根本性解决。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种耐腐蚀焊缝结构的3D打印构筑方法，本专利技术利用3D打印技术对焊缝位置进行精准/精细的表面处理，构筑阻挡层和防腐层隔绝焊缝与电解液的直接接触，提高电解槽在工况下的耐腐蚀性，大幅度提高其使用寿命。
[0004]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0005]本专利技术提供了一种耐腐蚀焊缝结构的3D打印构筑方法，包括以下步骤：
[0006]将金属粉末和稀土金属在保护性气氛中混合均匀，得到混合金属粉末；所述金属粉末包括镍或镍合金；
[0007]将所述混合金属粉末在真空环境下加热至液态，雾化后得到3D打印粉末；
[0008]将所述3D打印粉末装入3D打印设备中，根据预定轨迹在焊缝表面进行分层打印，在焊缝表面依次形成阻挡层和防腐层；
[0009]打印所述阻挡层的工艺参数包括：激光功率为2000~2800W，扫描速度为500~900mm/min，送粉速率为3~10g/min，光斑直径为2~5mm；
[0010]打印所述防腐层的工艺参数包括：激光功率为1500~2300W，扫描速度为400~700mm/min，送粉速率为3~10g/min，光斑直径为2~5mm。
[0011]优选地，所述金属粉末和稀土金属的体积比为99~99.5：0.5~1。
[0012]优选地，所述镍合金包括镍铬合金、镍铜合金和N6纯镍合金中的一种或几种；所述稀土金属包括镧、铌、钇和铈中的一种或几种。
[0013]优选地，所述3D打印粉末的平均粒径为53~150μm。
[0014]优选地，所述焊缝的铁元素的质量百分比高于0.2%。
[0015]优选地，所述阻挡层的厚度为0.2~2mm。
[0016]优选地，所述防腐层的厚度为0.5~2.5mm。
[0017]优选地，所述在焊缝表面进行分层打印前，还包括对焊缝进行预热处理。
[0018]优选地，所述预热处理的温度为100~500℃。
[0019]优选地，所述焊缝为电解槽中的焊缝。
[0020]本专利技术提供了一种耐腐蚀焊缝结构的3D打印构筑方法，本专利技术利用3D打印技术制备的阻挡层和防腐层致密、均一且厚度可控，能够提高焊缝的耐腐蚀性，提高使用寿命；能够精准定位焊缝、精细处理焊缝影响范围，可大幅度降低材料损耗，成本低廉。本专利技术限定阻挡层的打印工艺参数包括：激光功率为2000~2800W，扫描速度为500~900mm/min，送粉速率为3~10g/min，光斑直径为2~5mm，能够在高功率下快速熔合，提高阻挡层与焊缝的结合力，同时较大的厚度能够更好的阻挡铁离子进入防腐层。本专利技术限定防腐层的打印工艺参数包括：激光功率为1500~2300W，扫描速度为400~700mm/min，送粉速率为3~10g/min，光斑直径为2~5mm，在慢扫描速度下有利于提高防腐层的致密性，较低的激光功率能减缓阻挡层中铁离子扩散速度，避免铁离子由阻挡层渗透到防腐层中。
[0021]本专利技术的方法操作灵活、方便，对于焊缝宏观结构无特殊要求，具有普适性。
具体实施方式
[0022]本专利技术提供了一种耐腐蚀焊缝结构的3D打印构筑方法，包括以下步骤：
[0023]将金属粉末和稀土金属在保护性气氛中混合均匀，得到混合金属粉末；所述金属粉末包括镍或镍合金；
[0024]将所述混合金属粉末在真空环境下加热至液态，雾化后得到3D打印粉末；
[0025]将所述3D打印粉末装入3D打印设备中，根据预定轨迹在焊缝表面进行分层打印，在焊缝表面依次形成阻挡层和防腐层；
[0026]打印所述阻挡层的工艺参数包括：激光功率为2000~2800W，扫描速度为500~900mm/min，送粉速率为3~10g/min，光斑直径为2~5mm；
[0027]打印所述防腐层的工艺参数包括：激光功率为1500~2300W，扫描速度为400~700mm/min，送粉速率为3~10g/min，光斑直径为2~5mm。
[0028]在本专利技术的具体实施例中，所述阻挡层的激光功率大于所述防腐层的激光功率；所述阻挡层的扫描速度大于所述防腐层的扫描速度。
[0029]本专利技术将金属粉末和稀土金属在保护性气氛中混合均匀，得到混合金属粉末。在本专利技术中，所述金属粉末和稀土金属的体积比优选为99~99.5：0.5~1，更优选为99.2：0.8。
[0030]在本专利技术中，所述金属粉末包括镍或者镍合金；所述镍合金优选包括镍铬合金、镍铜合金和N6纯镍合金中的一种或几种；所述金属粉末的平均粒径优选为53~110μm。在本专利技术中，所述稀土金属优选包括镧、铌、钇和铈中的一种或几种；所述稀土金属的平均粒径优选为53~110μm。本专利技术采用稀土金属能够降低应力，不易开裂。
[0031]在本专利技术中，所述保护性气氛优选包括氩气气氛或氮气气氛。
[0032]得到混合金属粉末后，本专利技术将所述混合金属粉末在真空环境下加热至液态，雾化后得到3D打印粉末。在本专利技术中，所述加热的温度优选为800~2500℃，更优选为1200~1800℃。本专利技术优选在所述雾化后，进行干燥，得到3D打印粉末。在本专利技术中，所述干燥的温度优选为60~250℃，更优选为80~150℃；所述干燥的时间优选为2~24h，更优选为2~6h；所述干燥优选为真空干燥。
[0033]在本专利技术中，所述3D打印粉末的平均粒径优选为53~150μm，更优选为53~110μm。本专利技术通过加热使混合金属粉末熔化，然后利用雾化法得到粒径更细的3D打印粉末。
[0034]得到3D打印粉末后，本专利技术将所述3D打印粉末装入3D打印设备中，根据预定轨迹在焊缝表面进行分层打印，在焊缝表面依次形成阻挡层和防腐层。在本专利技术中，所述焊缝的铁元素的质量百分比优选高于0.2%。在本专利技术中，所述焊缝的定位方法优选为：对焊缝表面的铁浓度分布进行分析，铁浓度高于0.2%的范围划定为焊缝阻断区。在本专利技术中，所述铁浓度指的是铁元素的质量百分比。
[0035]在本专利技术中，所述在焊缝表面进行分层打印前，优选还包括对焊缝进行预热处理。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐腐蚀焊缝结构的3D打印构筑方法，包括以下步骤：将金属粉末和稀土金属在保护性气氛中混合均匀，得到混合金属粉末；所述金属粉末包括镍或镍合金；将所述混合金属粉末在真空环境下加热至液态，雾化后得到3D打印粉末；将所述3D打印粉末装入3D打印设备中，根据预定轨迹在焊缝表面进行分层打印，在焊缝表面依次形成阻挡层和防腐层；打印所述阻挡层的工艺参数包括：激光功率为2000~2800W，扫描速度为500~900mm/min，送粉速率为3~10g/min，光斑直径为2~5mm；打印所述防腐层的工艺参数包括：激光功率为1500~2300W，扫描速度为400~700mm/min，送粉速率为3~10g/min，光斑直径为2~5mm。2.根据权利要求1所述的3D打印构筑方法，其特征在于，所述金属粉末和稀土金属的体积比为99~99.5：0.5~1。3.根据权利要求1或2所述的3D打印构筑方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟遥，刘慧，张雪，王彦东，
申请(专利权)人：陕西华秦新能源科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：