电弧增材制造药芯焊丝渣系及冶金行为研究

摘要

随着焊接自动化、机械化水平的提高，基于堆焊技术发展起来的电弧增材制造技术在模具修复领域具有广阔的发展前景。传统的手工堆焊用药芯焊丝产生的焊接熔渣较多，影响机器人焊接过程的连续性，甚至破坏焊接成形，本文通过调整药芯中渣系与脱氧剂配方，对药芯焊丝工艺性能、熔敷金属组织及力学性能进行了研究与分析，研制出一种适用于电弧增材制造的微渣气保护药芯焊丝。
　　通过焊接飞溅、溶渣覆盖与脱渣、焊缝成形等试验，对药芯焊丝工艺性能进行了研究，当渣系含量为8%，MgO添加量为2%时，焊接飞溅率低，熔渣较薄并且覆盖均匀，脱渣率达90%以上，熔渣冷却后自动翘起，连续焊接过程中易被吹落，基本可以实现连续的焊接过程，并且堆焊成型表层质量与整体成型质量良好。
　　通过化学成分分析、显微组织观察、夹杂物分析、扫描电镜能谱分析等方法，研究了药芯中铝镁合金对熔敷金属的保护机制。结果表明，铝镁合金发生先期脱氧对C、Si、Mn具有一定的保护作用。随着铝镁合金含量的增加，熔敷金属中C、Si、Mn含量略有上升，O含量显著降低；夹杂物尺寸逐渐减小，促进针状铁素体形核的夹杂物数量逐渐增多；当铝镁合金含量小于1.5%时，组织中针状铁素体数量随着铝镁合金含量增加而增加，冲击韧性明显提高，当药芯中铝镁合金含量大于1.5%时，固溶于熔敷金属中Al含量逐渐增多，造成在晶界附近形成较多的先共析铁素体，熔敷金属的韧性显著降低。
　　通过调整药芯中金属锰含量，研究其对熔敷金属的保护效果。结果表明，随着药芯焊丝中金属锰含量的增加，熔敷金属中的Mn含量也逐渐上升，起到细晶强化和固溶强化的作用，组织中先共析铁素体数量降低，针状铁素体增加。当金属锰含量为6%时，脱氧效果最佳，获得的MnO·SiO2复合脱氧产物熔点低、密度小，易于排出，熔敷夹杂物数量降低。当添加的金属锰含量超过6%时，熔敷金属中大于2μm夹杂物数量升高，易产生裂纹源，熔敷金属韧性降低。
　　本文研制的微渣气保护药芯焊丝与国产传统堆焊焊丝RMD126性能相比，焊接熔渣减少约50%，硬度基本相同，常温冲击韧性略有提高，工艺性能能够满足连续堆焊成型要求。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 热作模具失效与堆焊修复

1.3 电弧增材制造技术

1.4 药芯焊丝的研究现状

1.5 课题研究目的与内容

第二章 试验材料的制备与试验方法

2.1 药芯焊丝成分设计与制备

2.2 试验方法

第三章 增材制造药芯焊丝渣系研究

3.1 渣系含量对焊接工艺性能的影响

3.2 MgO对焊接工艺性能的影响

3.3本章小结

第四章 增材制造药芯焊丝脱氧剂与保护行为研究

4.1铝镁合金对熔敷金属组织与性能的影响

4.2锰对熔敷金属组织与性能的影响

4.3铝、镁、锰联合脱氧冶金行为探讨

4.4本章小结

第五章 试验焊丝与RMD126焊丝性能对比

5.1 试验焊丝与RMD126焊丝工艺性能对比分析

5.2 试验焊丝与RMD126焊丝组织与性能对比分析

5.3 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢