[发明专利]电弧熔丝增材制造多向钢节点的金属粉芯丝材及制备方法

说明书

本发明属于钢节点制造加工相关技术领域，并公开了一种电弧熔丝增材制造多向钢节点的金属粉芯丝材，该金属粉芯丝材由合金粉芯、以及将合金粉芯包裹的钢带共同组成；所述合金粉芯按照以质量百分比的多种材料配置而成：金属镍粉10％～14％，钼铁粉2％～6％，铌铁粉0.5％～1.5％，钛铁粉0.5％～1.5％，金属铬粉4％～6％，铜粉2％～4％，硅铁粉4％～8％，电解锰粉12％～16％，镁粉0.4％～0.8％，其余为还原铁粉。本发明还公开了相应的制备方法及多向钢节点产品。通过本发明，实际测试表明，可提供良好的强韧性和堆积工艺性能，因而尤其适用于引入电弧熔丝增材制造来加工高性能大型钢结构多向钢节点的应用场合。

技术领域

本发明属于钢节点制造加工相关技术领域，更具体地，涉及一种电弧熔丝增材制造多向钢节点的金属粉芯丝材及制备方法。

背景技术

在建造高层建筑、巨型海洋平台、大型桥梁等钢结构时，需要许多不同结构形式的多向钢节点。多向钢节点一般由多个不同朝向、不同尺寸的圆管件或箱形体构成。多向钢节点用于承受不同方向的力，一旦失效就造成整个大型钢结构的破坏，其为现代大型钢结构中的关键构件。

目前，大型钢结构多向钢节点的制造方法有铸造和焊接两种。但这些现有制造方法均无法很好地满足大型钢结构多向钢节点的更高质量要求。具体而言，当采用铸造方法制造多向钢节点时，易产生缩松、缩孔等缺陷；而采用焊接方法制造多向钢节点时，可操作空间小，可焊到性差，质量难保证。

为此，可以考虑引入增材制造技术、更具体而言是电弧熔丝增材制造来加工大型钢结构多向钢节点。这主要是基于以下的原因：一方面，电弧熔丝增材制造是利用电弧热熔化金属丝材，并通过层层堆积熔化金属丝材实现构件的制造，其生产效率高、成本低，不仅可成形任意结构形式的构件，而且它作为小熔池冶炼，能有效地避免铸造多向钢节点的缩孔、缩松等缺陷；另一方面，电弧熔丝增材制造可避免焊接方法制造多向钢节点操作空间小，可焊到性差，质量难以保证的不足。因此电弧熔丝增材制造是制造高性能大型钢结构多向钢节点的一种值得深入研究的解决方案。

然而，进一步的研究表明，电弧熔丝增材制造多向钢节点的强韧性和抗环境腐蚀性能等主要取决于金属丝材，当引入电弧熔丝增材制造多向钢节点时，它所采用的金属丝材不仅要求堆积金属具有良好的强韧性和抗环境腐蚀性能，而且应具有适合电弧熔丝工艺的多项工艺性能。检索发现，现有技术中目前并没有专用于电弧熔丝增材制造多向钢节点的金属丝材。相应地，本领域亟需对此作出进一步的研究，以便解决电弧熔丝增材制造多向钢节点时无法回避的这一技术难题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明不仅考虑引入电弧熔丝增材制造来加工高性能大型钢结构多向钢节点的基本思路，而且进一步紧密结合多向钢节点的构造特性及电弧熔丝增材制造的工艺特征，针对性提出了适用于电弧熔丝增材制造多向钢节点的新型金属粉芯丝材，同时对其制造工艺路线及配方设计机理设计等多方面做出了研究，相应所获得的丝材具有良好的强韧性、抗环境腐蚀性、屈服强度不低于460MPa，同时具有良好的堆积工艺性能，因而尤其适用于高层建筑、巨型海洋平台、大型桥梁之类大型钢结构的多向钢节点加工制造场合。

相应地，按照本发明的一个方面，提供了一种电弧熔丝增材制造多向钢节点的金属粉芯丝材，其特征在于：

该金属粉芯丝材由合金粉芯、以及将合金粉芯包裹的钢带共同组成；

所述合金粉芯按照以质量百分比的多种材料配置而成：金属镍粉10％～14％，钼铁粉2％～6％，铌铁粉0.5％～1.5％，钛铁粉0.5％～1.5％，金属铬粉4％～6％，铜粉2％～4％，硅铁粉4％～8％，电解锰粉12％～16％，镁粉0.4％～0.8％，其余为还原铁粉。

以上构思的配方设计及作用机理主要是基于以下多个方面，期望达到的主要目的是确保这种金属型粉芯丝材在电弧熔丝增材制造多向刚接过的堆积过程中电弧稳定、飞溅小、提高韧性，同时具备适宜的强度：