[发明专利]一种超高强钢大型构件冷裂纹控制机器人增材装置及工艺方法

说明书

本发明公开了一种超高强钢大型构件在电弧增材制造后出现冷裂纹缺陷的装置及工艺方法。本发明通过在超高强钢双丝MIG增材的机器人装置上增加一根不锈钢细丝；将不锈钢细丝作为填充金属介于两根超高强钢丝材中间，与超高强钢丝材具有间距。本发明利用两个电极的热辐射、电弧热后融化不锈钢细丝，得到“超高强钢‑不锈钢‑超高强钢”夹层特征的熔池。本发明利用不锈钢具有高的抵抗塑性变形和断裂的能力，通过形变来缓解或消除超高强钢大型构件的冷裂纹，最终获得成型质量优异的超高强钢大型构件。

技术领域

本发明属于电弧增材制造技术领域，具体是超高强钢大型构件冷裂纹控制机器人增材装置及工艺方法。

背景技术

超高强钢是在高强度钢的基础上，进一步调整合金元素和改进工艺，增加钢中碳和合金元素的含量，使屈服强度达到1380MPa以上、抗拉强度达1500MPa以上的一类钢。超高强钢按合金元素含量和使用性能不同可分为三大类：低合金超高强钢、中合金超高强钢、高合金超高强钢。超高强钢因自身强度高的特点而广泛应用于大型工程机械结构单元、大型构件上。在一些代表高新技术和新型材料应用的关键领域，例如飞机起落架用钢、高端轴承钢、高压柱塞泵用钢和火箭发动机用高强度不锈钢等均属于超高强钢，而这些钢种目前国内生产技术和质量控制不稳定，会出现非金属夹杂、冷裂纹频繁发生、使用寿命低等问题，严重限制了其使用。例如采用两根强度高硬度高的超高强钢丝材进行超高强钢双丝MIG增材大型构件后，构件因内应力过大极易出现冷裂纹的缺陷。

申请号为202010674689.1的中国专利，公开了一种解决高强钢铸坯裂纹的工艺方法，涉及抗拉强度大于950MPa的高强钢及其铸坯生产工艺，其目的是要解决铸坯入加热炉前的开裂问题，但并不满足抗拉强度大于1500MPa的要求。申请号为2013104268522的中国专利，公开了一种600MPa级水电工程用调质高强度低焊接裂纹敏感性钢板及其制备方法,该钢板由以下质量百分比的组分制备成：C：0.07～0.09％，Si：0.20～0.40％，Mn：1.50～1.60％，P≤0.015％，S≤0.005％，Mo：0.12～0.25％，Nb：0.027～0.050％，Ni：0.15～0.30％，V：0.035～0.060％，Ti：0.010～0.020％，Alt：0.020～0.050％，其余为Fe及不可避免的杂质，并控制碳当量CE≤0.42％，焊接裂纹敏感性指数P_cm≤0.20％。该方法仅从元素含量的角度制备高强钢低焊接裂纹敏感性钢板。申请号为201010125985.2的中国专利，从焊缝形状的角度出发，设计一种丁字接头使承受拉伸和弯矩载荷的超高强钢结构既少出现冷裂纹，又能保证足够大的静载承载能力。该设计方法并未从成形工艺的角度解决超高强钢冷裂纹的问题。申请号为201010188996.5的中国专利，涉及一种低合金超高强钢淬火后与优质碳素结构钢对接MAG焊接方法，用以解决超高强钢淬火后可焊性差的问题。但所述MAG焊接方法属于半自动焊，焊接效率低。采用的淬火热处理工艺，不利于焊接工艺简化及劳动条件的改善。

综上所述，在与超高强钢相关的现有技术中，没有解决超高强钢大型构件的开裂问题。故为了控制和消除超高强钢内部冷裂纹，改善其成形质量，急需一种超高强钢大型构件冷裂纹控制机器人增材装置及工艺方法。

发明内容

为了进一步解决超高强钢大型构件的冷裂纹问题，提升增材工艺稳定性，获得高效优质的大型增材构件，亟需一种超高强钢大型构件冷裂纹控制机器人增材装置及工艺方法。

本发明在超高强钢双丝MIG增材基础上，引入一根不锈钢丝材和外置增材专用枪，将数字化增材电源、工业机器人、双枪异丝等技术集成于机器人工作站，解决大型构件的开裂问题，使增材工艺更加高效优质。具体技术方案如下：

超高强钢大型构件冷裂纹控制机器人增材装置，包括增材电源、送丝系统、增材专用枪、机器人控制系统、供水供气系统。

增材电源包括两台脉冲增材电源；送丝系统包括三台四轮驱动送丝机、两个超高强钢丝材盘、一个不锈钢丝材盘；机器人控制系统主要包括机器人、控制柜、示教器；