本发明属于焊接材料
技术领域：
，具体涉及一种增材制造用实心焊丝及其焊接方法。
背景技术：
：增材制造技术以电弧为热源，基于tig、mig、mag、saw等焊接技术发展而来，采用逐层堆熔的方式制造装备构件，具有全堆熔材料构成，化学成分均匀、致密度高，开放的成形环境对成形件尺寸无限制，成形速率高等特点。从增材制造的发展来说，材料、设备、工艺是该技术的三大核心要素，在打印设备和工艺逐步成熟的同时，材料瓶颈已经成为限制增材制造技术发展的首要问题，原材料的限制是影响增材制造发展的研发壁垒。增材制造用堆熔材料的研制，对增材制造技术的发展以及产业链的建立和产业的升级起到促进作用。金属增材制造虽然发展了近30年，但生产过程中由于冷却速度太快，内应力大，晶粒组织难以控制，容易产生内部缺陷；裂纹一旦形成，高速扩展，并且出现的裂纹、残余应力都没有办法及时监测和有效避免。而通过传统的铸造技术生产的零件可以通过铸造工艺，控制零部件的质量，避免缺陷的产生。若要使增材制造技术生产的零部件与铸件具有相同的性能，那么增材制造使用的原材料，较普通的焊材在控制s、p的含量方面要求更为严格，且化学成分范围更为精准，以避免在增材制造过程中产生裂纹、成分偏析等不利于增材制造质量的缺陷。现有原材料在s、p含量控制及成分精准控制方面仍存在技术难度，而舰船行业往往对零件性能的要求很高，一定程度上制约了金属增材制造技术的兴起与发展。技术实现要素：本发明的目的是提供一种增材制造用实心焊丝，保证其堆熔金属化学成分精准，能满足增材制造焊接材料要求。本发明的技术方案是提供了一种增材制造用实心焊丝，包括按质量百分比计的如下化学成分：c：0.04～0.09％，si：0.20～0.50％，mn：1.10～1.90％，mo：0.20～0.45％，cr：0.2～0.5％，ni：1.85～3.40％，ti：0.071～0.15％，s≤0.009％，p≤0.010％，zr：0.010～0.023％，b：0.004～0.008％，余量为铁和不可避免的杂质。作为实施方式之一，所述的增材制造用实心焊丝包括按质量百分比计的如下化学成分：c：0.09％，si：0.20％，mn：1.10％，mo：0.20％，cr：0.20％，ni：3.40％，ti：0.083％，s：0.0081％，p:0.010％，zr：0.010％，b：0.004％，余量为铁和不可避免的杂质。作为实施方式之一，所述的增材制造用实心焊丝包括按质量百分比计的如下化学成分：c：0.068％，si：0.33％，mn：1.45％，mo：0.23％，cr：0.35％，ni：2.65％，ti：0.071％，s：0.0083％，p:0.008％，zr：0.011％，b：0.005％，余量为铁和不可避免的杂质。作为实施方式之一，所述的增材制造用实心焊丝包括按质量百分比计的如下化学成分：c：0.040％，si：0.50％，mn：1.90％，mo：0.45％，cr：0.44％，ni：2.11％，ti：0.093％，s：0.009％，p:0.0078％，zr：0.013％，b：0.007％，余量为铁和不可避免的杂质。作为实施方式之一，所述的增材制造用实心焊丝包括按质量百分比计的如下化学成分：c：0.073％，si：0.23％，mn：1.44％，mo：0.21％，cr：0.50％，ni：1.85％，ti：0.15％，s：0.0071％，p:0.0081％，zr：0.023％，b：0.008％，余量为铁和不可避免的杂质。进一步的，所述增材制造用实心焊丝的直径为1.2mm。另外，本发明还提供了上述增材制造用实心焊丝的焊接方法，焊接时，该增材制造用实心焊丝采用75～85％ar+co2的气体保护。本发明增材制造用实心焊丝为无镀铜实心焊丝，经过电炉冶炼，轧制，拉丝，层绕等工序制成。本发明通过合理设计重要合金元素配比，严控杂质元素含量，采用化学成分偏析控制、组分冶金反应平衡控制、杂质含量控制、成分稳定性控制、复合微合金韧化等手段，保证堆熔金属化学成分精准，飞溅小，电弧稳定，用于增材制造领域，使堆熔金属的理化性能等各项技术指标优良。在本发明实心焊丝化学成分中，c是保证焊丝强度的主要元素之一，适量的c可保证焊缝金属具有一定强韧度和良好的淬透性，但是其含量超过0.09％时，可焊性差，飞溅大，焊接工艺性能差；含量小于0.04％时，焊缝强度达不到力学性能要求。si与mn联合脱氧，保证焊缝质量，si含量超过0.50％时，焊接强度偏高；si含量低于0.20％时，在本发明中脱氧不足，容易形成气孔。mn也是保证焊丝强度的主要元素之一，适量的mn可改善焊接性能并增加焊缝强度以及耐磨损性能，同时还可推迟奥氏体的转变温度，有助于焊缝生成纹理结构，提高低温冲击韧性；而适量的mn与si起着联合脱氧的作用，避免焊缝中产生气孔等缺陷，mn含量超过1.90％时，容易造成mn偏析，在偏析区易产生m-a岛状组织，从而降低焊缝金属的韧性；mn含量低于1.10％时，在本发明中使得焊缝强度不够。mo在本发明中起着保证焊缝强度的辅助作用，适量的mo可以促进焊缝强度，细化奥氏体晶粒，当mo含量少于0.20％时，强化作用不足；当含量大于0.45％时，使韧性下降严重。cr在本发明中起着保证焊缝强度的辅助作用，本发明cr加入量为0.2～0.5％。ni在本发明中起着保证焊缝强度的辅助作用，在高强度焊缝中加入适量适量的ni保证低温韧性，加入量过高显著增加焊丝成本，加入量少，增强提韧作用不明显，本发明ni加入量为1.85～3.40％。适量的ti主要起稳弧的作用，当ti含量大于0.15％，铁水较粘，盘条外观质量差，焊丝生产过程不顺畅；ti对堆熔金属力学性能(主要是冲击韧性)影响较为复杂，ti与氮结合，减少固溶氮的有害作用，生成的tin作为结晶核心，促使晶粒细化，但ti较多时在晶界上析出tic和tin，削弱晶界；ti使相变温度上升，此时如含ti量较多，含mn量不足或不含mo等元素，易形成粗大铁素体或网状组织，含ti过多时还可出现马氏体组织，因此，ti的含量范围为0.071～0.15％。zr在焊缝金属中的主要作用是形成碳的化合物zrc，zrc可以使奥氏体晶粒细化，提高焊缝金属的韧性，本发明中，zr的含量范围为0.010～0.023％，含量过高时对焊接性能不利，含量过低时细化晶粒作用不明显。b与ti联合加入，可以减少先共析铁素体，增加针状铁素体含量，提高韧性。根据增材制造质量要求，焊丝中的s含量小于0.009％，p含量小于0.010％。本发明的有益效果：本发明通过使用c、mn、si元素进行焊缝强度强化，以少量的mo作为焊缝强化补充，以ti元素来改善由c、mn、si元素引起的焊接工艺性能差，飞溅大的缺点，极大的降低了焊丝的原材料成本，提高了焊缝强度，并极大的改善了焊接工艺性能，该实心焊丝焊接时采用75％～85％ar+co2气体保护，电弧稳定，熔化均匀，堆熔层既满足化学成分又满足力学性能的要求，其堆熔金属的抗拉强度达到700mpa，且-50℃kv2冲击韧性优良。具体实施方式下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中增材制造用实心焊丝化学成分见表1，，经过电炉冶炼，轧制，拉丝，层绕等常规实心焊丝制造工艺步骤，制成直径为1.2mm的成品实心焊丝。表1焊丝化学成分(质量百分比％)化学成分实施例1实施例2实施例3实施例4c0.090.0680.0400.073si0.200.330.500.23mn1.101.451.901.44s0.00810.00830.00900.0071p0.0100.00800.00780.0081ni3.402.652.111.85mo0.200.230.450.21cr0.200.350.440.50ti0.0830.0710.0930.15zr0.0100.0110.0130.023b0.0040.0050.0070.008铁及杂质余量余量余量余量将通过实施例1～4配比所得到的实心焊丝进行堆熔试验，采用75％～85％ar+co2气体保护焊接，堆熔金属中化学成分(质量分数％)测试，结果如表2所示。表2堆熔金属中化学成分(质量百分比％)由表2可看出，堆熔金属各化学成分波动范围非常小，满足增材制造过程中堆熔层化学成分精准要求。将上述实施例1～4中得到的堆熔金属进行力学性能测试，其结果如表3所示。表3实心焊丝的堆熔金属力学性能由表4可以看出，本实施例提供的增材制造用实心焊丝的堆熔金属力学性能稳定，其抗拉强度达到700mpa，且-50℃kv2冲击韧性优良。另外，对上述实施例例1～4中得到的堆熔金属进行射线探伤试验，结果为ⅰ级。以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。当前第1页12