[发明专利]一种增材制造用金属粉芯型药芯焊丝及其焊接方法

说明书

本发明提供了一种增材制造用金属粉芯型药芯焊丝，包括碳钢外皮以及置于碳钢外皮中的药芯，所述药芯包含的成分以及各成分占药芯总质量的百分比为：金红石0.8～1.2％，氟化钠2～3.2％，钛铁1～2％，硼铁0.2～0.5％，镁粉0.4～0.8％，75#雾化硅铁2～4％，硅锆合金0.3～0.7％，钼铁3～3.8％，镍粉25～30％，无水长石0.4～1.1％，氟化稀土0.2～0.6％，电解锰2.2～3.1％，余量为铁粉。该药芯焊丝采用Mn‑Mg‑Si‑Ti‑Zr联合脱氧的方式，减少焊缝中的氧含量，同时加入适量矿物质，改善焊缝成型及电弧稳定性，加入铁粉，提高其熔敷效率，添加稀土合金，降低焊缝金属中S含量并改变夹杂物形态，从而改善低温韧性，使得其堆熔金属力学性能稳定、抗裂性好，‑50℃低温韧性优良。

技术领域

本发明属于焊接材料技术领域，具体涉及一种增材制造用金属粉芯型药芯焊丝及其制备方法。

背景技术

增材制造技术以电弧为热源，基于TIG、MIG、MAG、SAW等焊接技术发展而来，采用逐层堆熔的方式制造装备构件，具有全堆熔材料构成，化学成分均匀、致密度高，开放的成形环境对成形件尺寸无限制，成形速率高等特点。

从增材制造的发展来说，材料、设备、工艺是该技术的三大核心要素，在打印设备和工艺逐步成熟的同时，材料瓶颈已经成为限制增材制造技术发展的首要问题，原材料的限制是影响增材制造发展的研发壁垒。增材制造用堆熔材料的研制，对增材制造技术的发展以及产业链的建立和产业的升级起到促进作用。金属增材制造虽然发展了近30年，但生产过程中由于冷却速度太快，内应力大，晶粒组织难以控制，容易产生内部缺陷；裂纹一旦形成，高速扩展，并且出现的裂纹、残余应力都没有办法及时监测和有效避免。而通过传统的铸造技术生产的零件可以通过铸造工艺，控制零部件的质量，避免缺陷的产生。若要使增材制造技术生产的零部件与铸件具有相同的性能，那么增材制造使用的原材料，较普通的焊材在控制S、P的含量方面要求更为严格，且化学成分范围更为精准，以避免在增材制造过程中产生裂纹、成分偏析等不利于增材制造质量的缺陷。现有原材料在S、P含量控制及成分精准控制方面仍存在技术难度，而舰船行业往往对零件性能的要求很高，一定程度上制约了金属增材制造技术的兴起与发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种具备堆熔金属力学性能稳定、抗裂性好，-50℃低温韧性优良的特性，满足增材制造焊接材料要求的增材制造用金属粉芯型药芯焊丝。

本发明的技术方案是提供了一种增材制造用金属粉芯型药芯焊丝，包括碳钢外皮以及置于碳钢外皮中的药芯，所述药芯包含的成分以及各成分占药芯总质量的百分比为：金红石0.8～1.2％，氟化钠2～3.2％，钛铁1～2％，硼铁0.2～0.5％，镁粉0.4～0.8％，75#雾化硅铁2～4％，硅锆合金0.3～0.7％，钼铁3～3.8％，镍粉25～30％，无水长石0.4～1.1％，氟化稀土0.2～0.6％，电解锰2.2～3.1％，余量为铁粉。

进一步的，所述药芯占药芯焊丝总质量的17～21％。

作为实施方式之一，所述药芯包含的成分以及各成分占药芯总质量的百分比为：金红石1.2％，氟化钠2％，钛铁1％，硼铁0.4％，镁粉0.7％，75#雾化硅铁3.3％，硅锆合金0.5％，钼铁3.5％，镍粉30％，无水长石0.4％，氟化稀土0.5％，电解锰3.1％，余量为铁粉。

作为实施方式之一，所述药芯包含的成分以及各成分占药芯总质量的百分比为：金红石0.8％，氟化钠3.2％，钛铁1.7％，硼铁0.5％，镁粉0.4％，75#雾化硅铁4％，硅锆合金0.3％，钼铁3.8％，镍粉26％，无水长石1.1％，氟化稀土0.2％，电解锰2.2％，余量为铁粉。

作为实施方式之一，所述药芯包含的成分以及各成分占药芯总质量的百分比为：金红石0.9％，氟化钠3％，钛铁2％，硼铁0.2％，镁粉0.8％，75#雾化硅铁2％，硅锆合金0.7％，钼铁3％，镍粉25％，无水长石0.8％，氟化稀土0.6％，电解锰2.9％，余量为铁粉。