[發明專利]一種金屬構件埋弧堆焊成形方法

在審

• 申請號: 201410617509.0
• 申請日: 2014-11-04
• 公開（公告）號: CN104526114A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 南方增材科技有限公司
• 主分類號: B23K9/04
• 分類號: B23K9/04;B23K9/18
• 代理公司: 北京華夏正合知識產權代理事務所(普通合伙) 11017
• 代理人: 韓登營;張煥亮

技術領域

本發明涉及一種金屬構件埋弧堆焊成形方法。

背景技術

目前，重型設備行業關鍵構件如核電、石化行業壓力容器所用低合金高強度鋼、耐熱合金材料，冶金輥子鋼、電站轉子鋼等構件材料主要采用鑄鍛技術實現，使用數百噸級大型鋼錠冶煉、鑄造和萬噸液壓機等重型鍛造工業裝備鍛壓成形，并輔以最終機加工。該傳統方法基本能夠滿足技術質量要求，但制造工序繁多、生產周期長、材料利用率低，導致構件成本高昂；另一方面，囿于鑄造技術和鍛造壓機噸位的限制，大型設備如核電、石化容器主要采用分段鍛制后再多段組焊的方式解決，鑄鍛工藝的問題將直接影響了后續的焊接和機加工，因此造成整體工藝復雜、化學與力學性能控制難度大，質量穩定性差，廢品率高的缺點。同時現有的這種制造工藝組合也難以滿足新型產品快速研制和批量生產的進度要求。

埋弧堆焊技術，作為最基本埋弧增材制造方法之一，由于其生產效率高，堆焊質量好等優點，在各行業包括容器分段筒體組焊，輥子鋼的堆焊修復，以及特殊件內壁堆焊不銹鋼工藝等方面被廣泛應用。但對于希望利用該技術在大型工件快速增材制造，也即直接埋弧堆焊成形方面，由于諸多工藝難點還鮮有實際應用。這些難點包括整體系統設備的設計制造；對應成形工件的焊絲和焊劑的研發和制備；以及最重要的，攻克重型金屬構件大尺寸和復雜形狀的埋弧堆焊成形過程中裂紋、氣孔、化學偏析等。如何研發并穩定成熟埋弧增材制造工藝，滿足要求越來越高的各行業重型金屬構件的力學和化學性能是一個重大的課題。

發明內容

有鑒于此，本發明的主要目的在于，提供一種高效、具有良好力學性能的金屬構件埋弧增材制造方法。

本發明的金屬構件埋弧堆焊成形方法為：將焊接電源的兩極分別接至焊槍和基材，同步輸送顆粒狀焊劑及金屬焊絲于基材表面，接通電源，焊絲在焊劑覆蓋下與基材之間產生電弧，使焊絲及基材表面局部熔化，在基材表面形成熔池，持續輸送焊絲與焊劑，根據零件數模數據控制焊槍與基材的相對移動軌跡，實現在基材上逐層堆焊沉積，成形出金屬構件。

在本發明中，根據成形金屬構件材料不同，制備所需焊絲，根據成形金屬構件材料不同，直徑為2mm～8mm。焊劑由氧化物、或者、氧化物與鹵化物、或者、氧化物與鹵化物及金屬粉末組成，在成形過程中參與熔池元素反應，調整熔池中合金元素，改善成形工件的力學性能，降低生產成本。

在本發明中，所使用的電源是直流電源或交流電源，在使用直流電源時，所述焊絲接正極或負極，根據焊絲直徑的不同，電流為200A～2000A，電壓為20V～50V。

在本發明中，根據成形工件材料和尺寸要求，對基材或焊層進行加熱或冷卻，控制基材或焊層的溫度為100～400℃，從而獲得晶粒細密、無宏觀偏析、組織均勻的材料，極大的改善成形工件的塑性、韌性和高溫蠕變等力學性能，另外高溫熔池對下一層熱影響區沉積金屬層進行熱處理，工件逐層進行自回火熱處理，晶粒更為細密，組織更為穩定。

在本發明中，根據成形金屬構件的尺寸、形狀和效率要求，焊槍的數量為1～100個，多焊槍排布時，相鄰焊槍間距為50～500mm。

在本發明中，基材用于為構件成形提供工裝支撐，其尺寸、形狀按照堆焊金屬要求設計制作，厚度不小于5mm；另外根據生產要求不同，基材可選用與堆焊金屬相同或不同的材料，在金屬堆焊完成后，基材可予以保留作為成形構件一部分或通過后續機加工去除。

本發明的方法可用于SA508-3、SA387F22、SA182F11、12％Cr、316LN、3.5％NiCrMoV、3.5NiMoV、30Cr2Ni4MoV或24Cr2Ni1Mo1V材料構件的成形制造。

本發明的金屬構件埋弧增材制造方法可用于反應堆壓力容器、電站轉子、加氫反應器筒體、核電站蒸發器筒體、核電站壓力容器筒體或核電站穩壓器筒體的成形制造。

本發明擺脫了復雜的工裝、模具和專用工具的約束，成形即為近凈形坯件，生產后只需少量精加工，大大簡化加工工序，縮短產品周期；所成形工件具有媲美傳統鍛造工藝的力學和化學性能，強度、韌性、耐蝕等性能均十分突出；本發明的方法可用于各行業重型金屬構件如低合金鋼、耐熱鋼、不銹鋼、鎳基合金材料的成形與生產。

附圖說明

圖1為用于說明金屬構件埋弧堆焊方法的示意圖；

圖2為用于說明實施例1中的制造方法的示意圖；

圖3為用于說明實施例2中的制造方法的示意圖；

圖4為用于說明實施例3中的制造方法的示意圖；

圖5為用于說明實施例4中的制造方法的示意圖。

具體實施方式