[发明专利]一种基于激光沉积的厚板高氮钢的连接方法

说明书

本发明是一种基于激光沉积的厚板高氮钢的连接方法，该方法利用高能束激光作为热源，采用高氮钢粉末代替传统焊丝作为填充材料，通过逐层堆积的方式连接厚板高氮钢。利用激光沉积，采用高氮粉末代替焊丝，避免了连接过程熔滴的形成，从而避免了熔滴爆炸引起的飞溅和氮损失，可以有效地提高焊缝成型质量和焊缝力学性能，并且通过调节粉末成分限制氮和碳化物的形成来提高耐腐蚀性。氮是析出型气孔，激光沉积过程熔池冷却速度快，加以水冷系统加快冷却，调节控制高氮钢凝固模式，减少氮的逸出。此外，与电弧送丝焊接方法相比，激光沉积熔池体积较小，有利于氮气孔的逸出，明显降低焊缝氮气孔缺陷。

技术领域

本发明涉及一种基于激光沉积的厚板高氮钢的连接方法，属于材料加工领域。

背景技术

激光沉积制造(LDM)技术是增材制造技术的一种，按照预先设定的的路径通过激光热源同步送入金属粉形成熔池并逐层沉积，实现金属零件的直接制造。广泛地应用在航空航天，医疗，机械制造等多个领域里。

高氮不锈钢中氮元素的固溶强化作用使得具有着高强度高韧性的特点。通常它的氮含量超过0.4％。根据基体的组织可分为高氮铁素体不锈钢，高氮马氏体不锈钢，高氮奥氏体不锈钢及高氮双相不锈钢。广泛的使用在制造行业。

高氮奥氏体不锈钢高氮奥氏体不诱钢机理就是就是利用N元素来替代元素Ni来形成奥氏体的作用。高氮奥氏体不锈钢主要优点：氮具有更加优异的固溶强化效果，可以促进晶粒细化；氮有着更加强烈促进奥氏体形成的作用，可更有效的减少钢中铁素体和形变马氏体的含量；对材料抗点蚀和缝隙腐蚀的性能有着非常明显的改善；具有耐腐蚀性。

通常对于高氮钢的焊接采用埋弧焊，电弧焊，TIG焊，激光焊以及复合焊。一直以来的难点在于焊缝中氮气的析出导致的氮元素含量的降低和氮气孔的形成，以及氮化物在焊缝区和热影响区的形成，凝固裂纹和热影响区液化裂纹，大大降低接头组织的力学性能和抗腐蚀性能。如何解决此类难题已成为一项重要的课题。

发明内容

为了避免高氮钢送丝熔化焊接熔滴过度过程，熔滴爆炸引起的飞溅和氮损失，有效地提高焊缝成型质量和焊缝力学性能，本发明提供一种基于激光沉积的高氮钢连接方法。

实现本发明目的提供技术方案如下：

一种基于激光沉积的高氮钢连接方法，该方法为：

一.清理厚板高氮钢表面，除去表面杂物以及氧化物，在待连接处部位进行坡口加工并设置钝边。

二.在采用同轴送粉的基于激光沉积的连接方法，需调节激光头与竖直方向的角度，并固定在待连接区域上。

三.调节增材工艺参数，设置激光功率,离焦量，激光光斑直径，粉末直径，送粉速率，保护气体气流量，保护气体为氮气。

四.通过计算机运行步骤三调节的工艺参数，预送气，由计算机控制激光头按预设的轨迹共同运动。

五.采用水冷装置按预设轨迹对连接处进行喷水冷却，同时温度检测装置检测连接处温度低于1188℃时停止冷却。

六.在高度方向上抬高一个层高，按照步骤四进行下一层的沉积，然后按照步骤五冷却，逐层沉积实现高氮钢的连接。

七：重复步骤六直至完成连接过程，激光头停止出光，保护气停止送气，关闭激光器。即完成厚板高氮钢连接。

步骤一中，坡口加工，连接处坡口加工成V型坡口，V型坡口角度为30°左右，相较于电弧焊接过程小很多。钝边留3-5mm，随着激光功率的增大，钝边更大。

本发明一较佳实施方式中，激光头与待连接位置竖直面的夹角为0°-15°，采用同轴送粉，需安装同轴激光沉积喷头，送粉喷嘴距离激光焦平面距离为5-20mm。