CN114473287B - Fe-Al-Fe过渡接头电弧3D打印用材料及方法 - Google Patents

Fe-Al-Fe过渡接头电弧3D打印用材料及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开的Fe‑Al‑Fe过渡接头电弧3D打印用焊接材料，包括Fe‑Al侧药芯焊丝和Al‑Fe侧药芯焊丝；专门用于解决Fe‑Al界面、Al‑Fe界面脆性金属间化合物生成导致的接头开裂问题。本发明还公开一种Fe‑Al‑Fe过渡接头电弧3D打印用焊接方法。本发明方法针对Fe‑Al‑Fe异种材料连接结构，基于Al‑Fe之间的冶金反应特点，分别设计了Fe‑Al和Al‑Fe界面处的过渡层焊丝，从而有效控制上述界面处脆性相的生成。

Description

Fe-Al-Fe过渡接头电弧3D打印用材料及方法
技术领域
本发明属于金属材料领域，具体涉及一种Fe-Al-Fe过渡接头电弧3D打印用材料，还涉及一种Fe-Al-Fe过渡接头电弧3D打印用焊接方法。
背景技术
铝-钢(Al-Fe)结构普遍存在于工程实际中：船体铝合金上层建筑于船体甲板钢结构之间的焊接连接接头；电解铝行业，电极铝导杆和钢抓的过渡结构。这些都涉及到铝-钢异种结构的连接。目前，常规的铝-钢异种结构是采用保证焊接的方式制备。爆炸焊接在制备大面积层状金属复合板方面具有优势，上述铝-钢(Al-Fe)或者是钢-铝-钢(Fe-Al-Fe)异种接头目前也通常是采用爆炸焊接的方式制备。但是，对于一些形状复杂、尺寸较小的铝-钢异种结构，爆炸焊接工艺存在很大的局限性。而近几年发展的电弧3D打印技术，成为了钢-铝-钢(Fe-Al-Fe)异种结构制备理想的选择。
从Al-Fe二元相图可知，Al和Fe反应将生成多种金属间化合物，这些金属间化合物脆性较大，当其在焊缝中含量较高时，将导致接头严重开裂。因此，制备钢-铝-钢(Fe-Al-Fe)异种结构，首要任务是控制Al-Fe脆性相的生成及其含量。综合国内外关于铝-钢异种接头连接的成功案例，并结合课题组前期研究成果，设计双层过渡的连接形式，即在钢-铝和铝-钢界面处设计不同的过渡模式，通过多种合金元素的添加，综合调控焊缝中相组成、相比例和晶粒尺寸。
在此基础上，考虑铝和钢之间熔点的巨大差异(铝的熔点为667℃，钢的熔点为1545℃)，在电弧3D打印过程中采用不同的焊接工艺进行钢-铝和铝-钢界面的连接，最终实现钢-铝-钢(Fe-Al-Fe)过渡接头的3D打印制备。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种Fe-Al-Fe过渡接头电弧3D打印用材料，专门用于解决Fe-Al界面、Al-Fe界面脆性金属间化合物生成导致的接头开裂问题。
本发明的第二个目的是提供一种Fe-Al-Fe过渡接头电弧3D打印用焊接方法。
本发明所采用的第一个技术方案是，Fe-Al-Fe过渡接头电弧3D打印用焊接材料，包括Fe-Al侧药芯焊丝和Al-Fe侧药芯焊丝；
Fe-Al侧药芯焊丝，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：Mg粉30～40％，Zn粉30～40％，Sc粉3～5％，Zr粉3～5％，其余为Al粉，以上组分质量百分比之和为100％。
Al-Fe侧药芯焊丝，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：Ag粉30～40％，Cr粉20～30％，Mn粉20～30％，Er粉3～5％，其余为Cu粉，以上组分质量百分比之和为100％。
本发明的特征还在于，
Fe-Al侧药芯焊丝，焊皮为纯铝带，厚度0.3mm，宽度7mm。
Al-Fe侧药芯焊丝，焊皮为纯铜带，厚度0.3mm，宽度7mm。
Fe-Al侧药芯焊丝的具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取药粉：Mg粉30～40％，Zn粉30～40％，Sc粉3～5％，Zr粉3～5％，其余为Al粉，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2：将步骤1称取的药粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为100-150℃，保温时间为1-3h，去除药粉中的结晶水；烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间均为1-3h；
步骤3：采用纯铝带为焊皮，采用酒精去除纯铝带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在纯铝带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；其中，焊皮厚度0.3mm，宽度7mm；
步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.2mm的药芯焊丝；
步骤5：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
Al-Fe侧药芯焊丝的具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取药粉：Ag粉30～40％，Cr粉20～30％，Mn粉20～30％，Er粉3～5％，其余为Cu粉，以上组分质量百分比之和为100％。
步骤2：将步骤1称取的药粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为150-200℃，保温时间为2-4h，去除药粉中的结晶水；烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间均为1-3h；
步骤3：采用纯铜带为焊皮，采用酒精去除纯铜带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在纯铜带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；其中，焊皮厚度0.3mm，宽度7mm。
步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.2mm的药芯焊丝；
步骤5：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
Fe-Al侧药芯焊丝的填充量控制在20～25wt％。
Al-Fe侧药芯焊丝的填充量均控制在22～27wt％。
本发明所采用的第二个技术方案是，Fe-Al-Fe过渡接头电弧3D打印用焊接方法，采用上述的焊接材料用于制备Fe-Al-Fe过渡接头，具体步骤如下：
(1)采用ER50-6焊丝在钢基板上进行Fe层的3D打印，采用CMT模式，焊接电流为180-250A，Fe层厚度为60～80mm。
(2)采用Fe-Al侧药芯焊丝在上述Fe层上进行堆焊，采用CMT模式，焊接电流为150-180A，Fe-Al过渡层厚度为1～3mm。
(3)采用ER4043焊丝在上述Fe-Al过渡层上进行Al层的3D打印，采用CMT-mix模式，焊接电流为150-180A，Al层厚度为20～40mm。
(4)采用Al-Fe侧药芯焊丝在上述Al层上进行堆焊，采用CMT模式，焊接电流为180-200A，Al-Fe过渡层厚度为1～3mm。
(5)采用ER50-6焊丝在上述Al-Fe过渡层上进行3D打印，该层分两步进行：第一步采用CMT-cycle模式，焊接电流为100-150A，焊接厚度为10～20mm；第二步，在上述Fe层基础上，采用CMT模式，焊接电流为180-250A，焊接厚度为50～60mm。
本发明的有益效果是：
(1)本发明方法针对Fe-Al-Fe异种材料连接结构，基于Al-Fe之间的冶金反应特点，分别设计了Fe-Al和Al-Fe界面处的过渡层焊丝，从而有效控制上述界面处脆性相的生成。
(2)在Fe-Al界面，本发明设计了铝基药芯焊丝，从而保证过渡层与中间Al层之间的良好冶金结合。为了减少过渡层与Fe层之间脆性相的产生，在焊丝中加入Mg、Zn等合金元素，减小Al与Fe之间的反应。在Al-Fe界面，本发明设计了铜基药芯焊丝，在焊丝中加入一定量的Ag，一方面可以降低焊丝的熔点，另一方面可以阻止Fe与中间层Al之间的反应。
(3)本发明在进行Fe-Al-Fe结构3D打印时，针对材料不同的热物理性能，采用不同焊接工艺模式。基体Fe层3D打印时，采用常规的CMT模式，提高生产效率。中间Al层3D打印时，采用CMT-mix模式，提高Al层铺展与成型。最后Fe层3D打印时，靠近Al-Fe过渡层处采用CMT-cycle模式，减小热输入，最大限度降低熔池尺寸，减小Al和Fe元素在熔池中的混合；而在远离界面处则采用常规CMT模式，提高生产效率。
(4)本发明方法所开发的焊丝，药粉种类少，便于规模化生产。焊丝丝径1.2mm，即可进行MAG/MIG焊接，还可以进行TIG焊接，适应性广。
附图说明
图1为本发明方法中Fe-Al-Fe过渡接头电弧3D打印制备顺序；
图2为本发明实施案例2制备的Fe-Al药芯焊丝在进行Fe基体层上堆焊时的显微组织形貌图。
图3为本发明实施案例2中Al层的显微组织形貌图。
图4为本发明实施案例2制备的Al-Fe药芯焊丝在Al层上堆焊时的显微组织形貌图。
图5为本发明实施案例2焊接所得Fe-Al-Fe过渡接头拉伸后的断口形貌。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提供一种Fe-Al-Fe过渡接头电弧3D打印用焊接材料，包括Fe-Al侧药芯焊丝和Al-Fe侧药芯焊丝；
Fe-Al侧药芯焊丝，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：Mg粉30～40％，Zn粉30～40％，Sc粉3～5％，Zr粉3～5％，其余为Al粉，以上组分质量百分比之和为100％。
Al-Fe侧药芯焊丝，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：Ag粉30～40％，Cr粉20～30％，Mn粉20～30％，Er粉3～5％，其余为Cu粉，以上组分质量百分比之和为100％。
Fe-Al侧药芯焊丝，焊皮为纯铝带，厚度0.3mm，宽度7mm。各个药粉的粒度均为200-300目，粉末的纯度均为≥99.90％。
Al-Fe侧药芯焊丝，焊皮为纯铜带，厚度0.3mm，宽度7mm。以上各个药粉的粒度均为200-300目，粉末的纯度均为≥99.90％。
Fe-Al侧药芯焊丝的具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取药粉：Mg粉30～40％，Zn粉30～40％，Sc粉3～5％，Zr粉3～5％，其余为Al粉，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2：将步骤1称取的药粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为100-150℃，保温时间为1-3h，去除药粉中的结晶水；烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间均为1-3h；
步骤3：采用纯铝带为焊皮，采用酒精去除纯铝带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在纯铝带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；其中，焊皮厚度0.3mm，宽度7mm；
步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.2mm的药芯焊丝；
步骤5：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
Al-Fe侧药芯焊丝的具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取药粉：Ag粉30～40％，Cr粉20～30％，Mn粉20～30％，Er粉3～5％，其余为Cu粉，以上组分质量百分比之和为100％。
步骤2：将步骤1称取的药粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为150-200℃，保温时间为2-4h，去除药粉中的结晶水；烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间均为1-3h；
步骤3：采用纯铜带为焊皮，采用酒精去除纯铜带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在纯铜带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；其中，焊皮厚度0.3mm，宽度7mm。
步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.2mm的药芯焊丝；
步骤5：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
Fe-Al侧药芯焊丝的填充量控制在20～25wt％。
Al-Fe侧药芯焊丝的填充量均控制在22～27wt％。
该Fe-Al侧药芯焊丝中主要合金组分的作用和功能如下：
(1)Fe-Al焊丝中主要合金元素为Al，可以保证与中间层Al层之间良好的连接。
(2)药粉中加入Mg、Zn元素，作为焊丝主要的强化元素，Mg/Zn基本控制在1左右，可以在提高Fe-Al过渡层焊缝强度的同时保证焊缝具有足够的塑韧性。
(3)药粉中加入微量的Zr和Sc，这两个元素对过渡层焊缝的性能提升有重要影响。Zr和Al相互作用形成Al3Zr，与铝基体保持共格关系；Al3Zr可以阻碍热加工及固溶处理过程中位错及亚晶界的迁移，从而减弱合金的再结晶程度；当Sc与Zr共同添加时形成的Al3(Zr,Sc)对晶粒长大的抑制效果更加明显，并且其有提高合金高温稳定性的作用。
该Al-Fe侧药芯焊丝中主要合金组分的作用和功能如下：
(1)Al-Fe侧药芯焊丝中主要合金元素为Cu，Cu和Fe之间不生成脆性金属间化合物，Cu和Al之间所生成的相塑韧性较Fe-Al脆性相好。Al-Fe过渡层以Cu为主，可以保证对Al层上面即将堆焊的Fe层之间的有效阻隔。
(2)药粉中加入Ag元素，Ag与Cu之间可以生成熔点较低、塑韧性较好的共晶组织，从而降低焊丝的熔点，减小焊接热输入。
(3)药粉中加入Cr和Mn合金元素，焊接时可形成Al7Cr和Al20Mn3Cu2相，这些相成为形核位置，使焊缝的晶粒细化，强韧性提高。
(4)药粉中加入微量的Er元素，其与Al反应生成稳定的Al3Er相(L12结构)，该相与Al基体的晶格错配度较大，因此与位错有较强的弹性交互作用，提高合金的稳定性。
本发明还提供一种Fe-Al-Fe过渡接头电弧3D打印用焊接方法，采用如上述的焊接材料用于制备Fe-Al-Fe过渡接头，具体步骤如下：
(1)采用ER50-6焊丝在钢基板上进行Fe层的3D打印，采用CMT模式，焊接电流为180-250A，Fe层厚度为60～80mm。
(2)采用Fe-Al侧药芯焊丝在上述Fe层上进行堆焊，采用CMT模式，焊接电流为150-180A，Fe-Al过渡层厚度为1～3mm。
(3)采用ER4043焊丝在上述Fe-Al过渡层上进行Al层的3D打印，采用CMT-mix模式，焊接电流为150-180A，Al层厚度为20～40mm。
(4)采用Al-Fe侧药芯焊丝在上述Al层上进行堆焊，采用CMT模式，焊接电流为180-200A，Al-Fe过渡层厚度为1～3mm。
(5)采用ER50-6焊丝在上述Al-Fe过渡层上进行3D打印，该层分两步进行：第一步采用CMT-cycle模式，焊接电流为100-150A，焊接厚度为10～20mm；第二步，在上述Fe层基础上，采用CMT模式，焊接电流为180-250A，焊接厚度为50～60mm。
实施例1
Fe-Al侧药芯焊丝的具体步骤如下：
制步骤1：按质量百分比分别称取药粉：Mg粉30％，Zn粉30％，Sc粉3％，Zr粉3％，其余为Al粉，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2：将步骤1称取的药粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为100℃，保温时间为1h，去除药粉中的结晶水；烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间均为1h；
步骤3：采用纯铝带为焊皮，采用酒精去除纯铝带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在纯铝带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；
步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.2mm的药芯焊丝；
步骤5：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
步骤1中，称取的各个药粉的粒度均为200-300目；
步骤1中，粉末的纯度均为≥99.90％；
步骤3中，纯铝带厚度0.3mm，宽度7mm；
步骤3中，药芯焊丝填充量控制在20wt％。
Al-Fe侧药芯焊丝的具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取药粉：Ag粉30％，Cr粉20％，Mn粉20％，Er粉3％，其余为Cu粉，以上组分质量百分比之和为100％。
步骤2：将步骤1称取的药粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为150℃，保温时间为2h，去除药粉中的结晶水；烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间均为1h；
步骤3：采用纯铜带为焊皮，采用酒精去除纯铜带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在纯铜带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；
步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.2mm的药芯焊丝；
步骤5：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
步骤1中，称取的各个药粉的粒度均为200-300目；
步骤1中，粉末的纯度均为≥99.90％；
步骤3中，纯铜带厚度0.3mm，宽度7mm；
步骤3中，药芯焊丝填充量控制在22wt％。
采用实施案例2提供的Fe-Al和Al-Fe过渡层药芯焊丝用于Fe-Al-Fe过渡接头3D打印制备(如图1所示)，具体步骤如下所示：
(1)采用ER50-6焊丝在钢基板上进行Fe层的3D打印，采用CMT模式，焊接电流为180-250A，Fe层厚度为60mm。
(2)采用Fe-Al侧药芯焊丝在上述Fe层上进行堆焊，采用CMT模式，焊接电流为150-180A，Fe-Al过渡层厚度为1mm。
(3)采用ER4043焊丝在上述Fe-Al过渡层上进行Al层的3D打印，采用CMT-mix模式，焊接电流为150-180A，Al层厚度为20mm。
(4)采用Al-Fe侧药芯焊丝在上述Al层上进行堆焊，采用CMT模式，焊接电流为180-200A，Al-Fe过渡层厚度为1mm。
(5)采用ER50-6焊丝在上述Al-Fe过渡层上进行3D打印，该层分两步进行：第一步采用CMT-cycle模式，焊接电流为100-150A，焊接厚度为10mm；第二步，在上述Fe层基础上，采用CMT模式，焊接电流为180-250A，焊接厚度为50mm。
经测试，Fe-Al-Fe过渡接头的抗拉强度为309MPa，延伸率为15％。
实施例2
Fe-Al侧药芯焊丝的具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取药粉：Mg粉40％，Zn粉40％，Sc粉5％，Zr粉5％，其余为Al粉，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2：将步骤1称取的药粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为150℃，保温时间为3h，去除药粉中的结晶水；烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间均为3h；
步骤3：采用纯铝带为焊皮，采用酒精去除纯铝带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在纯铝带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；
步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.2mm的药芯焊丝；
步骤5：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
步骤1中，称取的各个药粉的粒度均为200-300目；
步骤1中，粉末的纯度均为≥99.90％；
步骤3中，纯铝带厚度0.3mm，宽度7mm；
步骤3中，药芯焊丝填充量控制在25wt％。
Al-Fe侧药芯焊丝的具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取药粉：Ag粉40％，Cr粉30％，Mn粉30％，Er粉5％，其余为Cu粉，以上组分质量百分比之和为100％。
步骤2：将步骤1称取的药粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为200℃，保温时间为4h，去除药粉中的结晶水；烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间均为3h；
步骤3：采用纯铜带为焊皮，采用酒精去除纯铜带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在纯铜带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；
步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.2mm的药芯焊丝；
步骤5：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
步骤1中，称取的各个药粉的粒度均为200-300目；
步骤1中，粉末的纯度均为≥99.90％；
步骤3中，纯铜带厚度0.3mm，宽度7mm；
步骤3中，药芯焊丝填充量控制在27wt％。
采用实施案例2提供的Fe-Al和Al-Fe过渡层药芯焊丝用于Fe-Al-Fe过渡接头3D打印制备(如图1所示)，具体步骤如下所示：
(1)采用ER50-6焊丝在钢基板上进行Fe层的3D打印，采用CMT模式，焊接电流为180-250A，Fe层厚度为80mm。
(2)采用Fe-Al侧药芯焊丝在上述Fe层上进行堆焊，采用CMT模式，焊接电流为150-180A，Fe-Al过渡层厚度为3mm。
(3)采用ER4043焊丝在上述Fe-Al过渡层上进行Al层的3D打印，采用CMT-mix模式，焊接电流为150-180A，Al层厚度为40mm。
(4)采用Al-Fe侧药芯焊丝在上述Al层上进行堆焊，采用CMT模式，焊接电流为180-200A，Al-Fe过渡层厚度为3mm。
(5)采用ER50-6焊丝在上述Al-Fe过渡层上进行3D打印，该层分两步进行：第一步采用CMT-cycle模式，焊接电流为100-150A，焊接厚度为20mm；第二步，在上述Fe层基础上，采用CMT模式，焊接电流为180-250A，焊接厚度为60mm。
经测试，Fe-Al-Fe过渡接头的抗拉强度为314MPa，延伸率为16％。
实施例2制备得到的Fe-Al-Fe过渡接头，图2为Fe-Al药芯焊丝在进行Fe基体层上堆焊时的显微组织形貌图，从图中可以看出，组织分布均匀，未见裂纹。
图3为Al层的显微组织形貌图，从图中可以看出，Al层组织存在粗大的柱状晶组织。
图4为Al-Fe药芯焊丝在Al层上堆焊时的显微组织形貌图，从图中可以看出，焊缝以Cu基固溶体和球状的Fe-Al相为主，未见裂纹缺陷。
图5为本发明实施案例2焊接所得Fe-Al-Fe过渡接头拉伸后的断口形貌，从图中可以看出，断口以韧窝为主。
实施例3
Fe-Al侧药芯焊丝的具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取药粉：Mg粉35％，Zn粉35％，Sc粉4％，Zr粉4％，其余为Al粉，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2：将步骤1称取的药粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为125℃，保温时间为2h，去除药粉中的结晶水；烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间均为2h；
步骤3：采用纯铝带为焊皮，采用酒精去除纯铝带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在纯铝带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；
步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.2mm的药芯焊丝；
步骤5：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
步骤1中，称取的各个药粉的粒度均为200-300目；
步骤1中，粉末的纯度均为≥99.90％；
步骤3中，纯铝带厚度0.3mm，宽度7mm；
步骤3中，药芯焊丝填充量控制在22wt％。
Al-Fe侧药芯焊丝的具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取药粉：Ag粉35％，Cr粉25％，Mn粉25％，Er粉4％，其余为Cu粉，以上组分质量百分比之和为100％。
步骤2：将步骤1称取的药粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为175℃，保温时间为3h，去除药粉中的结晶水；烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间均为2h；
步骤3：采用纯铜带为焊皮，采用酒精去除纯铜带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在纯铜带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；
步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.2mm的药芯焊丝；
步骤5：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
步骤1中，称取的各个药粉的粒度均为200-300目；
步骤1中，粉末的纯度均为≥99.90％；
步骤3中，纯铜带厚度0.3mm，宽度7mm；
步骤3中，药芯焊丝填充量控制在23wt％。
采用实施案例3提供的Fe-Al和Al-Fe过渡层药芯焊丝用于Fe-Al-Fe过渡接头3D打印制备(如图1所示)，具体步骤如下所示：
(1)采用ER50-6焊丝在钢基板上进行Fe层的3D打印，采用CMT模式，焊接电流为180-250A，Fe层厚度为70mm。
(2)采用Fe-Al侧药芯焊丝在上述Fe层上进行堆焊，采用CMT模式，焊接电流为150-180A，Fe-Al过渡层厚度为2mm。
(3)采用ER4043焊丝在上述Fe-Al过渡层上进行Al层的3D打印，采用CMT-mix模式，焊接电流为150-180A，Al层厚度为30mm。
(4)采用Al-Fe侧药芯焊丝在上述Al层上进行堆焊，采用CMT模式，焊接电流为180-200A，Al-Fe过渡层厚度为2mm。
(5)采用ER50-6焊丝在上述Al-Fe过渡层上进行3D打印，该层分两步进行：第一步采用CMT-cycle模式，焊接电流为100-150A，焊接厚度为15mm；第二步，在上述Fe层基础上，采用CMT模式，焊接电流为180-250A，焊接厚度为55mm。
经测试，Fe-Al-Fe过渡接头的抗拉强度为346MPa，延伸率为14％。
实施例4
Fe-Al侧药芯焊丝的具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取药粉：Mg粉32％，Zn粉32％，Sc粉3.5％，Zr粉3.5％，其余为Al粉，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2：将步骤1称取的药粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为110℃，保温时间为1.3h，去除药粉中的结晶水；烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间均为1.3h；
步骤3：采用纯铝带为焊皮，采用酒精去除纯铝带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在纯铝带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；
步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.2mm的药芯焊丝；
步骤5：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
步骤1中，称取的各个药粉的粒度均为200-300目；
步骤1中，粉末的纯度均为≥99.90％；
步骤3中，纯铝带厚度0.3mm，宽度7mm；
步骤3中，药芯焊丝填充量控制在21wt％。
Al-Fe侧药芯焊丝的具体步骤如下：
制步骤1：按质量百分比分别称取药粉：Ag粉32％，Cr粉22％，Mn粉22％，Er粉3.5％，其余为Cu粉，以上组分质量百分比之和为100％。
步骤2：将步骤1称取的药粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为160℃，保温时间为2.4h，去除药粉中的结晶水；烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间均为1.3h；
步骤3：采用纯铜带为焊皮，采用酒精去除纯铜带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在纯铜带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；
步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.2mm的药芯焊丝；
步骤5：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
步骤1中，称取的各个药粉的粒度均为200-300目；
步骤1中，粉末的纯度均为≥99.90％；
步骤3中，纯铜带厚度0.3mm，宽度7mm；
步骤3中，药芯焊丝填充量控制在25wt％。
采用实施案例4提供的Fe-Al和Al-Fe过渡层药芯焊丝用于Fe-Al-Fe过渡接头3D打印制备(如图1所示)，具体步骤如下所示：
(1)采用ER50-6焊丝在钢基板上进行Fe层的3D打印，采用CMT模式，焊接电流为180-250A，Fe层厚度为65mm。
(2)采用Fe-Al侧药芯焊丝在上述Fe层上进行堆焊，采用CMT模式，焊接电流为150-180A，Fe-Al过渡层厚度为1.5mm。
(3)采用ER4043焊丝在上述Fe-Al过渡层上进行Al层的3D打印，采用CMT-mix模式，焊接电流为150-180A，Al层厚度为25mm。
(4)采用Al-Fe侧药芯焊丝在上述Al层上进行堆焊，采用CMT模式，焊接电流为180-200A，Al-Fe过渡层厚度为1.5mm。
(5)采用ER50-6焊丝在上述Al-Fe过渡层上进行3D打印，该层分两步进行：第一步采用CMT-cycle模式，焊接电流为100-150A，焊接厚度为13mm；第二步，在上述Fe层基础上，采用CMT模式，焊接电流为180-250A，焊接厚度为52mm。
经测试，Fe-Al-Fe过渡接头的抗拉强度为329MPa，延伸率为17％。
实施例5
Fe-Al侧药芯焊丝的具体步骤如下：
制步骤1：按质量百分比分别称取药粉：Mg粉37％，Zn粉38％，Sc粉4.3％，Zr粉3.9％，其余为Al粉，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2：将步骤1称取的药粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为140℃，保温时间为2.6h，去除药粉中的结晶水；烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间均为2.9h；
步骤3：采用纯铝带为焊皮，采用酒精去除纯铝带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在纯铝带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；
步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.2mm的药芯焊丝；
步骤5：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
步骤1中，称取的各个药粉的粒度均为200-300目；
步骤1中，粉末的纯度均为≥99.90％；
步骤3中，纯铝带厚度0.3mm，宽度7mm；
步骤3中，药芯焊丝填充量控制在20～25wt％。
Al-Fe侧药芯焊丝的具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取药粉：Ag粉306％，Cr粉28％，Mn粉23％，Er粉4.1％，其余为Cu粉，以上组分质量百分比之和为100％。
步骤2：将步骤1称取的药粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为190℃，保温时间为3.9h，去除药粉中的结晶水；烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间均为1.8h；
步骤3：采用纯铜带为焊皮，采用酒精去除纯铜带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在纯铜带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；
步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.2mm的药芯焊丝；
步骤5：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
步骤1中，称取的各个药粉的粒度均为200-300目；
步骤1中，粉末的纯度均为≥99.90％；
步骤3中，纯铜带厚度0.3mm，宽度7mm；
步骤3中，药芯焊丝填充量控制在22～27wt％。
采用实施案例5提供的Fe-Al和Al-Fe过渡层药芯焊丝用于Fe-Al-Fe过渡接头3D打印制备(如图1所示)，具体步骤如下所示：
(1)采用ER50-6焊丝在钢基板上进行Fe层的3D打印，采用CMT模式，焊接电流为180-250A，Fe层厚度为75mm。
(2)采用Fe-Al侧药芯焊丝在上述Fe层上进行堆焊，采用CMT模式，焊接电流为150-180A，Fe-Al过渡层厚度为2.5mm。
(3)采用ER4043焊丝在上述Fe-Al过渡层上进行Al层的3D打印，采用CMT-mix模式，焊接电流为150-180A，Al层厚度为35mm。
(4)采用Al-Fe侧药芯焊丝在上述Al层上进行堆焊，采用CMT模式，焊接电流为180-200A，Al-Fe过渡层厚度为2.5mm。
(5)采用ER50-6焊丝在上述Al-Fe过渡层上进行3D打印，该层分两步进行：第一步采用CMT-cycle模式，焊接电流为100-150A，焊接厚度为17mm；第二步，在上述Fe层基础上，采用CMT模式，焊接电流为180-250A，焊接厚度为58mm。
经测试，Fe-Al-Fe过渡接头的抗拉强度为353MPa，延伸率为17％。

Claims (6)

1.Fe-Al-Fe过渡接头电弧3D打印用焊接材料，其特征在于，包括Fe-Al侧药芯焊丝和Al-Fe侧药芯焊丝；
所述Fe-Al侧药芯焊丝，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：Mg粉30～40％，Zn粉30～40％，Sc粉3～5％，Zr粉3～5％，其余为Al粉，以上组分质量百分比之和为100％；
所述Al-Fe侧药芯焊丝，包括药芯和焊皮，其中药芯按质量百分比由以下组分组成：Ag粉30～40％，Cr粉20～30％，Mn粉20～30％，Er粉3～5％，其余为Cu粉，以上组分质量百分比之和为100％；
所述Fe-Al侧药芯焊丝，焊皮为纯铝带，所述Al-Fe侧药芯焊丝，焊皮为纯铜带；Fe-Al侧药芯焊丝的填充量控制在20～25wt％；Al-Fe侧药芯焊丝的填充量控制在22～27wt％。
2.根据权利要求1所述的Fe-Al-Fe过渡接头电弧3D打印用焊接材料，其特征在于，Fe-Al侧药芯焊丝焊皮的厚度0.3mm，宽度7mm。
3.根据权利要求1所述的Fe-Al-Fe过渡接头电弧3D打印用焊接材料，其特征在于，Al-Fe侧药芯焊丝焊皮的厚度0.3mm，宽度7mm。
4.根据权利要求1所述的Fe-Al-Fe过渡接头电弧3D打印用焊接材料，其特征在于，Fe-Al侧药芯焊丝的具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取药粉：Mg粉30～40％，Zn粉30～40％，Sc粉3～5％，Zr粉3～5％，其余为Al粉，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2：将步骤1称取的药粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为100-150℃，保温时间为1-3h，去除药粉中的结晶水；烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间为1-3h；
步骤3：采用纯铝带为焊皮，采用酒精去除纯铝带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在纯铝带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；其中，焊皮厚度0.3mm，宽度7mm；
步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.2mm的药芯焊丝；
步骤5：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
5.根据权利要求1所述的Fe-Al-Fe过渡接头电弧3D打印用焊接材料，其特征在于，Al-Fe侧药芯焊丝的具体步骤如下：
步骤1：按质量百分比分别称取药粉：Ag粉30～40％，Cr粉20～30％，Mn粉20～30％，Er粉3～5％，其余为Cu粉，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2：将步骤1称取的药粉，将其置于真空加热炉内加热，加热温度为150-200℃，保温时间为2-4h，去除药粉中的结晶水；烘干后的药粉放置于混粉机中进行充分的混合，混合时间为1-3h；
步骤3：采用纯铜带为焊皮，采用酒精去除纯铜带表面的油脂，通过药芯焊丝拉丝设备把步骤2制备得到的药粉包裹在纯铜带内，第一道拉拔模具孔径为2.6mm；其中，焊皮厚度0.3mm，宽度7mm；
步骤4：第一道工序拉拔完毕后，将模具孔径依次减少，最终获得直径1.2mm的药芯焊丝；
步骤5：药芯焊丝拉拔完毕后，经绕丝机缠绕在焊丝盘上，最终密封在药芯焊丝真空包装袋内待用。
6.Fe-Al-Fe过渡接头电弧3D打印用焊接方法，其特征在于，采用如权利要求1-5任意一项所述的焊接材料用于制备Fe-Al-Fe过渡接头，具体步骤如下：
(1)采用ER50-6焊丝在钢基板上进行Fe层的3D打印，采用CMT模式，焊接电流为180-250A，Fe层厚度为60～80mm；
(2)采用Fe-Al侧药芯焊丝在上述Fe层上进行堆焊，采用CMT模式，焊接电流为150-180A，Fe-Al过渡层厚度为1～3mm；
(3)采用ER4043焊丝在上述Fe-Al过渡层上进行Al层的3D打印，采用CMT-mix模式，焊接电流为150-180A，Al层厚度为20～40mm；
(4)采用Al-Fe侧药芯焊丝在上述Al层上进行堆焊，采用CMT模式，焊接电流为180-200A，Al-Fe过渡层厚度为1～3mm；
(5)采用ER50-6焊丝在上述Al-Fe过渡层上进行3D打印，该层分两步进行：第一步采用CMT-cycle模式，焊接电流为100-150A，焊接厚度为10～20mm；第二步，在上述第一步中制备得到的Fe层基础上，采用CMT模式，焊接电流为180-250A，焊接厚度为50～60mm。
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Address after: 046700 Mishan Industrial Park, Gaoping economic and Technological Development Zone, Gaoping City, Jincheng City, Shanxi Province

Applicant after: Kangshuo (Shanxi) Low Stress Manufacturing System Technology Research Institute Co.,Ltd.

Address before: 518000 1002, Building A, Zhiyun Industrial Park, No. 13, Huaxing Road, Henglang Community, Longhua District, Shenzhen, Guangdong Province

Applicant before: Shenzhen Wanzhida Technology Co.,Ltd.

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Address before: 710048 Shaanxi province Xi'an Beilin District Jinhua Road No. 5

Applicant before: XI'AN University OF TECHNOLOGY

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