[发明专利]一种奥氏体不锈钢焊丝及其电弧增材制造工艺

说明书

一种奥氏体不锈钢焊丝及其电弧增材制造工艺，属于增材制造技术领域，该焊丝的成分为：C：0.01％～0.03％，Si：0.50％～0.65％，Mn：1.5％～2.0％，Cr：19.0％～20.0％，Ni：9.0％～11.0％，Cu：0.05％～0.06％，P：0～0.025％，S：0～0.015％，其余为Fe及不可避免的杂质元素。制造的工艺流程为：冶炼→锻造→热轧→拉丝→热处理→光亮处理→焊丝成品。优点在于，焊丝适用于复杂结构件的电弧增材制造，增材制造结构件具有良好的强韧性和耐蚀性，‑40℃冲击吸收功≥75J，抗拉强度≥550MPa，其耐蚀性略高于传统锻件。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，特别涉及一种奥氏体不锈钢焊丝及其电弧增材制造工艺，适用于增材制造的奥氏体不锈钢焊丝及其电弧增材制造。

背景技术

增材制造(Additive Manufacturing，AM)是基于“离散-堆积”的原理，结合计算机辅助设计、材料加工与成型技术、以数字模型文件为基础，通过软件与数控系统将专用的金属材料、非金属材料以及医用生物材料，通过逐层堆积，制造出实体物品的制造技术。增材制造作为全新的制造方式，是今后制造业中的关键技术，将改变人们的生产生活方式。

增材制造按照热源不同可分为激光增材制造、电子束增材制造以及电弧增材制造。电弧增材制造是以电弧为热源，原材料为丝材，其生产的周期更短，材料利用率更高，尤其是在制造大型构件时，较激光、电子束熔丝或熔粉增材制造工艺，电弧增材制造相具有更高的效率。脉冲(P)和冷金属过渡(CMT)复合电弧增材制造技术具有如下优点：(1)电弧熔丝具有较高的熔化效率；(2)增材制造过程采用无飞溅的冷金属过渡模式，有效降低增材件的热输入量；(3)增材制造过程电弧稳定，可获得良好的焊缝成型性；(4)具有较好的抗气孔性能。

奥氏体不锈钢增材制造过程中，成形构件反复受到热循环的影响，尤其是中大型结构件，冷却速度逐层降低，底层的增材制造成形层处于不锈钢的敏化区间，易析出Cr₂₃C₆等碳化物，降低晶界的含铬量，造成材料耐蚀性降低；逐层加热过程中，易造成增材制造成形组织的粗化，导致结构强度和韧性的降低；奥氏体柱状晶结晶过程中极易生成热裂纹。因此，奥氏体不锈钢增材制造要解决敏化区间、晶粒粗化和热裂纹等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种奥氏体不锈钢丝材及其电弧增材制造工艺，解决了敏化区间、晶粒粗化和热裂纹等问题；加快其工业化进程。适用于增材制造的奥氏体不锈钢焊丝及其脉冲和冷金属过渡复合电弧增材制造工艺，增材制造结构件获得优良的强韧性和耐蚀性能。

为了实现上述的目的，本发明提供了如下的技术方案：

本发明的适用于电弧增材制造的奥氏体不锈钢丝材：其化学成分按重量百分比为：C：0.01％～0.03％，Si：0.50％～0.65％，Mn：1.5％～2.0％，Cr：19.0％～20.0％，Ni：9.0％～11.0％，Cu：0.05％～0.06％，P：0～0.025％，S：0～0.015％，其余为Fe及不可避免的杂质元素。

所述的奥氏体不锈钢焊丝通过“冶炼→锻造→热轧→拉丝→热处理→光亮处理→焊丝成品”技术路线制备。

本发明所述的奥氏体不锈钢焊丝适用于脉冲和冷金属过渡(CMT即Cold metaltransfer)复合模式，其中脉冲和CMT比例为4:1；脉冲模式下脉冲峰值电流I_p为370A～380A，基值电流I_b为20～30A，脉冲频率为20～30Hz；CMT焊接电流为155A～165A，焊接电压为19～22V，焊接速度为8.0～12.0mm/s，送丝速度为5.5～7.0m/min；增材制造过程中保护气体为Ar+0～2.5％CO₂，气体流量为15～20L/min，层间温度≤150℃。