本發(fā)明屬于焊接材料
技術領域：
，具體涉及一種增材制造用低硅低磷高韌性燒結焊劑及其應用。
背景技術：
：增材制造，也被稱為3D打印技術，是一種通過層層堆積的方式將數字化模型直接制造出實體零件的一種技術，該技術是一種全新的短周期、低成本的制造技術，在航空、航天、核電裝備以及生物醫(yī)學等領域具有重要的應用前景。目前，重型金屬構件增材制造成型技術的發(fā)展受制于其應用材料即焊接材料的研發(fā)進度而顯得極其緩慢。由于ASTM相關標準中對構件材料成份以及力學性能的高規(guī)范要求，如電弧焊焊縫組織需要達到金屬鍛件以及各種熱處理狀態(tài)工件的性能，其研發(fā)難度相當大，現階段國內外高端焊材企業(yè)均尚未研發(fā)出相應的配套的焊接材料，對同類專利進行檢索，目前尚未有該研究專利的申報。根據核電設備的技術要求，充分糅合核電設備用材料的化學力學特性、增材制造技術特色以及焊接材料的可焊性、工藝性和焊縫微觀組織特性，研究符合核電設備用要求的增材制造技術用焊接材料，對于推動增材制造技術的工業(yè)化應用及推廣具有實質性價值，并為焊接材料行業(yè)、3D打印設備制造行業(yè)及核電行業(yè)應用企業(yè)多方創(chuàng)造顯著的經濟收益。而對于增材制造使用的耗材而言，可以分為送粉式和送絲式增材制造，其中送絲式增材制造不僅材料利用率很高，很少有粉塵污染，對設備的要求比較低，更加具有經濟性，因此，近些年來，一些機構已經開始將目光轉移到送絲的增材制造技術研究上來，而送絲式增材制造技術的發(fā)展趨勢則是采用電弧熱作為熱源，采用埋弧焊接的方法進行增材制造，焊劑作為必不可少的輔料，對其打印的性能起著至關重要的作用，因此研制出適合增材制造用的焊劑顯得尤為重要。在核電設備中，磷是對中子輻照脆化最敏感的元素，不僅降低焊縫的低溫韌性，而且使輻照溫度大大提高，對核電設備的正常運行產生很大的安全隱患，因此作為核電設備增材制造用的配套焊劑，不僅要求材料本身的含磷量低，而且需要有好的脫磷效果；由于技術要求，還需要焊劑不增硅，且便于打印，脫渣優(yōu)良，成型美觀。技術實現要素：本發(fā)明的目的是提供一種具有優(yōu)良的脫磷效果，且焊接后焊縫不增硅不增磷的增材制造用低硅低磷高韌性燒結焊劑。本發(fā)明的技術方案是提供一種增材制造用低硅低磷高韌性燒結焊劑，包括按重量百分比計的如下組分：MgO:8～15％，CaF2:25～31％，Al2O3:17～24％，TiO2:2～6％，SiO2:12～18％，CaO:10～16％，Na3AlF6:2～5％，Li2CO3:1～3％，氟化稀土:1～3％，輕稀土氧化物:1～3％，MnO:1～3％。優(yōu)選的，上述增材制造用低硅低磷高韌性燒結焊劑，包括按重量百分比計的如下組分：MgO:10～15％，CaF2:28～31％，Al2O3:18～21％，TiO2:2～4％，SiO2:14～16％，CaO:10～13％，Na3AlF6:4～5％，Li2CO3:2～3％，氟化稀土:1～2％，輕稀土氧化物:1～2％，MnO:1～2％。具體的，上述增材制造用低硅低磷高韌性燒結焊劑，包括按重量百分比計的如下組分：MgO:8％，CaF2:31％，Al2O3:24％，TiO2:2％，SiO2:12％，CaO:10％，Na3AlF6:5％，Li2CO3:3％，氟化稀土:1％，輕稀土氧化物:2％，MnO:2％。具體的，上述增材制造用低硅低磷高韌性燒結焊劑，包括按重量百分比計的如下組分：MgO:15％，CaF2:25％，Al2O3:18％，TiO2:4％，SiO2:16％，CaO:10％，Na3AlF6:4％，Li2CO3:2％，氟化稀土:3％，輕稀土氧化物:1％，MnO:2％。具體的，上述增材制造用低硅低磷高韌性燒結焊劑，包括按重量百分比計的如下組分：MgO:10％，CaF2:28％，Al2O3:21％，TiO2:2％，SiO2:14％，CaO:13％，Na3AlF6:3％，Li2CO3:2％，氟化稀土:2％，輕稀土氧化物:2％，MnO:3％。具體的，上述增材制造用低硅低磷高韌性燒結焊劑，包括按重量百分比計的如下組分：MgO:8％，CaF2:27％，Al2O3:17％，TiO2:6％，SiO2:18％，CaO:16％，Na3AlF6:2％，Li2CO3:1％，氟化稀土:1％，輕稀土氧化物:3％，MnO:1％。進一步的，上述增材制造用低硅低磷高韌性燒結焊劑，其雜質S≤0.01％、P≤0.01％。進一步的，上述增材制造用低硅低磷高韌性燒結焊劑，其特征在于：其粒度為10～40目。另外，本發(fā)明提供的增材制造用低硅低磷高韌性燒結焊劑用于核電蒸汽發(fā)生器和貫穿件的3D打印，配合增材制造用焊絲MCJ3D336F12進行堆敷。具體的，上述焊絲MCJ3D336F12的化學成分如下：C：0.10～0.15％，Mn：0.5～0.9％，Si≤0.1％，P≤0.009％，S≤0.01％，Cr：0.8～1.1％，Mo：0.45～0.65％，Cu≤0.1％，Al≤0.025％，Zr≤0.01％，V≤0.01％。本發(fā)明增材制造用低硅低磷高韌性燒結焊劑中各組分的設計原則如下：MgO主要作用是造渣，提高熔渣的堿度，降低擴散氫含量；本發(fā)明中，MgO是以電熔鎂砂的形式加入，電熔鎂砂的用量范圍為焊劑總重量的8～15％，當MgO含量大于15％時，由于MgO熔點高，增大熔渣表面張力容易造成焊道表面壓痕，造成脫渣困難，也易產生咬邊、夾渣等缺陷，且鎂砂中P含量也較高，若加入過多會使焊劑的P含量偏高；當量小于8％時焊劑堿度不夠，焊縫沖擊韌性較差。CaF2含量的多少對沖擊韌性有很大的影響，也可提高熔渣的堿度并降低焊縫中的擴散氫，從而提高焊縫金屬的沖擊韌性；本發(fā)明中，CaF2主要是以螢石的形式加入，螢石的用量范圍為焊劑總重量的25～31％，當CaF2含量小于25％時，焊劑堿度不夠，且去氫效果不良，焊縫沖擊韌性較差，焊道表面波紋較粗；當CaF2含量大于31％時，焊接電弧穩(wěn)定性變差，工藝性能不好,同時熔渣的流動性變大，焊道波紋形狀紊亂，脫渣困難。Al2O3主要作用是改變熔渣的黏度、堿度，從而較好的保護焊縫，并改善脫渣能力；本發(fā)明中，Al2O3主要是以煅燒氧化鋁的形式加入，其用量范圍為焊劑總重量的17～24％，當Al2O3含量小于17％時，熔渣較稀，波紋較粗；當Al2O3含量大于24％時，熔渣較粘，出現粘渣現象。TiO2主要作用是改善焊縫成形、造渣和向焊縫中過渡Ti元素的作用，由于TiO2不易分解出氧原子，從而減少了因焊劑過渡到焊縫中的氧含量的增加，達到提升焊縫低溫沖擊韌性的目的；本發(fā)明中，TiO2主要是以金紅石的形式加入，其用量范圍為焊劑總重量的2～6％，當TiO2含量小于2％時，作用不明顯；當TiO2含量大于6％時，熔渣堿度小。Na3AlF6主要作用是降低熔渣黏度，改善熔渣流動性，降低擴散氫；本發(fā)明中，Na3AlF6主要是以冰晶石的形式加入，其用量范圍為焊劑總重量的2～5％，當Na3AlF6含量小于2％時，效果不明顯，當Na3AlF6含量超過5％時，渣過稀。CaO在燒結焊劑中具有提高熔渣堿度，改善熔敷金屬力學性能的作用，同時CaO還具有調整熔渣堿度，提高熔敷金屬沖擊韌性、降低擴散氫含量的作用；本發(fā)明中，CaO主要是以硅灰石、大理石的形式加入，其用量范圍為焊劑總重量的10～16％，當CaO含量小于10％時，作用不明顯；當CaO含量大于16％時，焊縫成型較差。Li2CO3是一種低熔點材料，適量的Li2CO3可降低渣的熔點，且Li的電離點位較低，具有很好的穩(wěn)弧作用；本發(fā)明中，其用量范圍為焊劑總重量的1～3％，當Li2CO3含量小于1％時，作用不明顯；當Li2CO3含量大于3％時，導致堆敷金屬焊道變寬，成型不好。MnO具有降低熔渣黏度，改善熔渣流動性的作用；具有良好的導電性和穩(wěn)定電弧的作用，且具有氧化性，能夠降低產生氫氣孔的能力，且有利于脫硫；當MnO含量小于1％時，作用不明顯；當MnO含量大于3％時，由于其原材料中的磷含量過高，影響整體焊劑的磷含量。焊接材料中添加適量的稀土，能夠改變焊縫金屬中的夾雜物形態(tài)，細化晶粒，凈化焊縫，從而提高焊縫金屬的低溫沖擊韌性，本發(fā)明中主要是以氟化稀土和輕稀土氧化物的形式加入，S、P是有害雜質，若焊縫中含硫量過高，則在熔池結晶時易于偏析，從而增大了焊縫金屬的熱裂紋傾向，同時還降低了沖擊韌性和抗腐蝕性；在核電設備中，磷是對中子輻照脆化最敏感的元素，不僅降低焊縫的低溫韌性，而且使輻照溫度大大提高，對核電設備的正常運行產生很大的安全隱患，因此作為核電設備增材制造用的配套焊劑，不僅要求材料本省的含磷量低，且需要有好的脫磷效果，所以控制焊劑中的雜質S≤0.01％，P≤0.01％。本發(fā)明中通過控制磷含量的措施主要有以下幾個方面：一是通過控制原材料的含磷量，優(yōu)選磷含量極低的原材料；二是通過冶金方法進行脫磷，焊劑中的CaO能夠和磷的氧化物進行反應，生成穩(wěn)定的復合物進入熔渣，且焊劑中含有較多的CaF2，它對脫磷的產物有稀釋作用并可生成CaF2·P2O5·(CaO)4，對脫磷有一定的促進作用。本發(fā)明的有益效果：(1)本發(fā)明提供的這種增材制造用低硅低磷高韌性燒結焊劑不僅材料本身的含磷量低，而且具有優(yōu)良的脫磷效果，焊接后焊縫不增硅不增磷，滿足核電設備增材制造對耗材的技術要求。(2)本發(fā)明提供的這種增材制造用低硅低磷高韌性燒結焊劑焊劑用于核電蒸汽發(fā)生器和貫穿件的3D打印，配合增材制造用焊絲MCJ3D336F12進行堆敷，具有良好的脫渣、抗氣孔、鋪展性能等焊接工藝性能,焊道波紋細密，成型美觀并具有良好的抗裂性能，其夏比沖擊功(-18℃)保證在150J以上。具體實施方式下面對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。實施例1：本實施例提供了一種增材制造用低硅低磷高韌性燒結焊劑，包括按重量百分比計的如下組分：MgO:8％，CaF2:31％，Al2O3:24％，TiO2:2％，SiO2:12％，CaO:10％，Na3AlF6:5％，Li2CO3:3％，氟化稀土:1％，輕稀土氧化物:2％，MnO:2％；其中，上述各組分中含有不可避免的雜質，雜質中S≤0.01％、P≤0.01％。制備方法：將所需各組分原料復檢合格后，過篩后按照上述配方進行配比稱重，然后放進干攪拌器中進行干攪拌，攪拌均勻后的粉料放入濕攪拌器，加入粉料重量的18～20％左右的水玻璃進行濕攪拌，充分攪拌均勻，攪拌好的粉料送入造粒機進行造粒，造出的粒狀焊劑經干燥后送入烘干爐，在150～200℃的溫度下進行烘干，去除水分后過篩，控制粒度10～40目的焊劑送入燒結爐進行燒結，燒結溫度780～800℃，燒結時間1小時左右，出爐冷卻后經檢驗、過篩、包裝、入庫。在焊接前，上述制備的燒結焊劑經350～400℃烘干1小時后進行焊接試驗，配合焊絲MCJ3D336F12進行焊接，具有良好的脫渣、抗氣孔、鋪展性能等焊接工藝性能,焊道波紋細密，成型美觀。本實施例中焊絲MCJ3D336F12的化學成分如表1所示，本實施例制備的增材制造用低硅低磷高韌性燒結焊劑配合該焊絲MCJ3D336F12進行堆敷，其堆敷金屬化學成分如表2所示，堆敷金屬的力學性能如表3所示。實施例2：本實施例提供了一種增材制造用低硅低磷高韌性燒結焊劑，包括按重量百分比計的如下組分：MgO:15％，CaF2:25％，Al2O3:18％，TiO2:4％，SiO2:16％，CaO:10％，Na3AlF6:4％，Li2CO3:2％，氟化稀土:3％，輕稀土氧化物:1％，MnO:2％；其中，上述各組分中含有不可避免的雜質，雜質中S≤0.01％、P≤0.01％。制備方法與實施例1相同。在焊接前，本實施例制備的燒結焊劑經350～400℃烘干1小時后進行焊接試驗，配合焊絲MCJ3D336F12進行焊接，具有良好的脫渣、抗氣孔、鋪展性能等焊接工藝性能,焊道波紋細密，成型美觀。本實施例中焊絲MCJ3D336F12的化學成分如表1所示，本實施例制備的增材制造用低硅低磷高韌性燒結焊劑配合該焊絲MCJ3D336F12進行堆敷，其堆敷金屬化學成分如表2所示，堆敷金屬的力學性能如表3所示。實施例3：本實施例提供了一種增材制造用低硅低磷高韌性燒結焊劑，包括按重量百分比計的如下組分：MgO:10％，CaF2:28％，Al2O3:21％，TiO2:2％，SiO2:14％，CaO:13％，Na3AlF6:3％，Li2CO3:2％，氟化稀土:2％，輕稀土氧化物:2％，MnO:3％；其中，上述各組分中含有不可避免的雜質，雜質中S≤0.01％、P≤0.01％。制備方法與實施例1相同。在焊接前，本實施例制備的燒結焊劑經350～400℃烘干1小時后進行焊接試驗，配合焊絲MCJ3D336F12進行焊接，具有良好的脫渣、抗氣孔、鋪展性能等焊接工藝性能,焊道波紋細密，成型美觀。本實施例中焊絲MCJ3D336F12的化學成分如表1所示，本實施例制備的增材制造用低硅低磷高韌性燒結焊劑配合該焊絲MCJ3D336F12進行堆敷，其堆敷金屬化學成分如表2所示，堆敷金屬的力學性能如表3所示。實施例4：本實施例提供了一種增材制造用低硅低磷高韌性燒結焊劑，包括按重量百分比計的如下組分：MgO:8％，CaF2:27％，Al2O3:17％，TiO2:6％，SiO2:18％，CaO:16％，Na3AlF6:2％，Li2CO3:1％，氟化稀土:1％，輕稀土氧化物:3％，MnO:1％；其中，上述各組分中含有不可避免的雜質，雜質中S≤0.01％、P≤0.01％。制備方法與實施例1相同。在焊接前，本實施例制備的燒結焊劑經350～400℃烘干1小時后進行焊接試驗，配合焊絲MCJ3D336F12進行焊接，具有良好的脫渣、抗氣孔、鋪展性能等焊接工藝性能,焊道波紋細密，成型美觀。本實施例中焊絲MCJ3D336F12的化學成分如表1所示，本實施例制備的增材制造用低硅低磷高韌性燒結焊劑配合該焊絲MCJ3D336F12進行堆敷，其堆敷金屬化學成分如表2所示，堆敷金屬的力學性能如表3所示。表1：焊絲MCJ3D336F12的化學成分CSiMnSPCrMoCuAl實施例10.110.010.720.00100.00210.990.480.00310.0020實施例20.120.00180.710.00460.00151.080.530.00750.0056實施例30.110.00170.710.00490.00151.060.540.00700.0059實施例40.150.00190.730.00380.00171.050.550.00690.0058表2：堆敷金屬化學成分CSiMnSPCrMo實施例10.0630.170.510.00440.00870.870.45實施例20.0650.180.560.00410.00920.880.46實施例30.0660.180.580.00460.00890.860.44實施例40.0670.190.600.00400.00850.890.46表3：堆敷金屬力學性能綜上所述，本發(fā)明提供的這種增材制造用低硅低磷高韌性燒結焊劑不僅材料本身的含磷量低，而且具有優(yōu)良的脫磷效果，焊接后焊縫不增硅不增磷，其用于核電蒸汽發(fā)生器和貫穿件的3D打印，配合增材制造用焊絲MCJ3D336F12進行堆敷，具有良好的脫渣、抗氣孔、鋪展性能等焊接工藝性能,焊道波紋細密，成型美觀并具有良好的抗裂性能，其夏比沖擊功(-18℃)保證在150J以上。以上例舉僅僅是對本發(fā)明的舉例說明，并不構成對本發(fā)明的保護范圍的限制，凡是與本發(fā)明相同或相似的設計均屬于本發(fā)明的保護范圍之內。當前第1頁1 2 3