[發明專利]一種通過MIG熔絲增材制造不銹鋼及表面處理的方法

在審

• 申請號: 201810767300.0
• 申請日: 2018-07-13
• 公開（公告）號: CN110711922A
• 公開（公告）日: 2020-01-21
• 發明（設計）人: 李嘉寧;田妍;夏曉燕;李家民
• 申請（專利權）人: 山東建筑大學
• 主分類號: B23K9/04
• 分類號: B23K9/04;B23K9/173;B23K26/352;B23K26/60;B33Y10/00;B23K103/04
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本發明公開了一種通過MIG熔絲增材制造不銹鋼及表面處理的方法。步驟如下：首先選用316L不銹鋼焊絲及Q235低碳鋼基板；以MIG電弧為單一熱源，高純度Ar作為保護氣體，在Q235低碳鋼基板上進行多次單道單層焊接，確定最佳焊接參數范圍；選定焊接參數并將選定的參數輸入逆變脈沖MIG/MAG焊機中，進行MIG熔絲增材制造處理，形成試樣塊；后從試樣塊中切取正方塊，用砂紙打磨預熔面；再將一定質量比例Tribaloy X40?B₄C混合粉末涂敷于預熔面自然風干后形成預置層，后采用激光進行表面合金化處理。工藝參數：激光功率0.85 kW，掃描速度4 mm/s，多道搭接率30%，保護Ar氣流量25 L/min。本發明能夠獲得表面硬度較高及組織均勻的316L不銹鋼MIG成型件。

技術領域

本發明涉及一種通過MIG熔絲增材制造不銹鋼及表面處理的方法，屬于材料成型及表面強化技術領域。特別涉及一種利用MIG電弧增材制造技術在高純度氬氣環境下使316L不銹鋼絲成型及激光表面合金化處理的方法。

背景技術

增材制造技術是基于離散-堆積原理，“自上而下”累加制造的材料成形技術，可針對低成本小批量且結構復雜、原材料附加值高的產品，利用增材制造技術快速高效成形的特點，對零件三維CAD模型進行分層切片降維處理，按照預先設定的路徑將材料逐層累加，從而達到材料成型的目的。MIG增材制造技術原理是以電弧為載能束，采用逐層堆焊方式制造金屬實體部件。MIG技術成本低，約為埋弧焊和手工電弧焊40~50%；生產效率高，為手工電弧焊1~4倍；對工件厚度不限，可進行全位置焊接；焊接飛濺小，采用超低碳合金焊絲或藥芯焊絲時，在CO₂中加入Ar氣，可大副降低焊接飛濺。MIG電弧增材制造技術代表著材料成型領域中先進的生產模式及未來發展趨勢，可大幅減少制造工序、縮短生產周期、降低成本及節約能源。

基于上述科學原理并依據熔化極氣體保護焊特性，本發明提出一種能夠降低生產成本，即通過MIG電弧增材制造技術使不銹鋼成形及激光合金化表面處理的方法。

發明以MIG電弧為熱源并采用高純度Ar氣作為保護氣，選取316L不銹鋼焊絲及Q235低碳鋼基板，在基板上進行多次單道單層實驗，確定最佳工藝參數；而后進行MIG 熔絲增材制造處理，形成試樣塊；后從試樣塊中切取正方塊，尺寸10 mm×10 mm×10 mm，用砂紙打磨預熔面；再將一定質量比例Tribaloy X40-B₄C混合粉末涂敷于預熔面自然風干后形成預置層，后采用激光進行表面合金化處理。發明能夠獲得具有較高表面硬度及組織結構均勻的316L不銹鋼MIG成型件。

掃描電鏡照片表明，激光合金化后沉積層出現了明顯的分層現象。下層為增材制造316L不銹鋼基材，上層為Tribaloy X40-B₄C激光合金化層。上層組織致密，有大量非晶體產生（見圖1a, b）。增材制造不銹鋼試樣焊縫的金相照片表明，試樣焊縫顯微組織分布較為均勻，兩側晶粒更為細小，中間部分晶粒較為粗大（見圖2a, b）；圖2c, d顯示，焊縫處晶粒呈樹枝狀并伴隨少量鐵素體析出，少量細小鐵素體晶粒呈骨架狀分布，組織中未觀察到明顯氣孔及缺陷。

圖3顯示，經激光合金化后增材制造不銹鋼基材的顯微硬度值分布于205~220 HV，激光合金化層顯微硬度值分布于800~910 HV，較基材提高約4倍，這主要歸因于基材表面激光合金化Tribaloy X40-B₄C混合粉末生成了組織結構較為致密的高硬度涂層。

綜合分析，通過在Q235低碳鋼基板上MIG電弧熔化316L不銹鋼絲增材制造得到了組織結構細化且無明顯缺陷的成型件；經進一步激光合金化技術強化了該成型件的表面性能。

發明內容

本發明調整MIG電流、速度等工藝參數， 采用MIG熔化316L不銹鋼絲材增材制造出成型件；后經激光合金化技術強化了成型件表面性能。該項發明可應用于具有一定尺寸精度的工業零件制造等諸多方面。

具體步驟：