CN115319106B - 基于电弧增材制造变压器用法兰所用的粉芯丝材及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开基于电弧增材制造变压器用法兰所用的粉芯丝材，包括粉芯和外皮，粉芯按质量百分比由以下粉末组成：镍粉10～20％，锰粉15％～20％，钨粉3％～5％，钼粉2～4％，钒粉2～4％，硅粉1.5％，铬粉45～50％，钴粉2％～3％，其余为碳粉，以上组分质量百分比之和为100％；外皮采用低碳钢带。该粉芯丝材可以用于制造磁导率较低的变压器用法兰；还公开一种基于电弧增材制造变压器用法兰的方法。

Description

基于电弧增材制造变压器用法兰所用的粉芯丝材及方法
技术领域
本发明属于3D打印制造技术领域，具体涉及一种基于电弧增材制造变压器用法兰所用的粉芯丝材，还涉及一种基于电弧增材制造变压器用法兰的方法。
背景技术
由于我国电力资源分布不均衡，需要采用跨区域、长距离的方式进行电力运输，从而导致对输变电设备的需求不断提升。采用常规的铁磁性法兰作变压器的紧固件时将产生严重的磁化效应和涡流效应，造成铁损，降低传输效率，同时导致构件温度上升，形成局部过热，从而影响设备安全运行。研究发现采用无磁钢制造的变压器用法兰力学性能优良，磁导率低，可以有效降低涡流对于电路系统的影响，在变压器行业被广泛应用。
目前，法兰大部分采用铸造、锻造等方式制备，采用以上方法存在制造工艺繁琐、制备效率低、生产周期长等不足，在铸造过程中所产生的污染也很严重，最重要的是在这些传统方法制造法兰时，容易产生气孔、裂纹等铸造缺陷，严重影响了变压器法兰的质量，所以传统工艺越来越难以满足无磁钢法兰市场的需求。相比传统制造技术，3D打印作为一种快速成型技术，具备成型周期短、加工速度快、成型精确、材料浪费率低、劳动强度低、制造的零件整体的力学性能良好、制备效率高等特点，特别是大大减少了需要焊接的部位对于零件整体性能的影响，从而提高零件整体的力学性能。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种基于电弧增材制造变压器用法兰所用的粉芯丝材，该粉芯丝材可以用于制造磁导率较低的变压器用法兰。
本发明的第二个目的是提供一种基于电弧增材制造变压器用法兰的方法，该方法制造的法兰结构件力学性能满足实际工况，同时避免了在传统制造中焊接无磁钢/奥氏体不锈钢时出现的母材及热影响区磁化现象。
本发明所采用的第一个技术方案是，基于电弧增材制造变压器法兰用粉芯丝材，包括粉芯和外皮，粉芯按质量百分比由以下粉末组成：镍粉10～20％，锰粉15％～20％，钨粉3％～5％，钼粉2～4％，钒粉2～4％，硅粉1.5％，铬粉45～50％，钴粉2％～3％，其余为碳粉，以上组分质量百分比之和为100％；外皮采用低碳钢带。
本发明的特征还在于，
粉芯丝材的粉芯填充率为24％-26％。
本发明所采用的第二个技术方案是，基于电弧增材制造变压器用法兰的方法，具体操作步骤为：
步骤1：变压器法兰用粉芯丝材的制备：按质量百分比分别称取以下粉芯粉末：镍粉10～20％，锰粉15％～20％，钨粉3％～5％，钼粉2～4％，钒粉2～4％，硅粉1.5％，铬粉45～50％，钴粉2％～3％，其余为碳粉，以上组分质量百分比之和为100％；所有称取的粉末先采用行星式球磨机进行合金化处理，球磨机转速为180r/min，球磨时间为12h；制备粉芯丝材所采用的外皮为低碳钢带；并采用药芯焊丝拉拔机制备成直径1.0～1.2mm粉芯丝材，粉芯丝材的粉芯填充率为24％-26％；
步骤2：选择低碳钢板材作为工件基材，利用角磨机打磨表面杂质，打磨结束后采用超声清洗设备清除杂质，其次将钢板置于真空干燥炉中并保存待用；
步骤3：进行变压器用法兰的建模，然后将三维模型进行分层切片处理，再设计增材制备过程中的运动轨迹，最后将以上过程转化为适用于弧焊机器人运行的程序；
步骤4：将步骤1所制备的粉芯丝材装入弧焊机器人中，并进行3D打印制备变压器用法兰；
步骤5：待步骤4制备的法兰冷却至室温后，先对零件进行粗加工，并留有一定的精加工余量；
步骤6：对步骤5中粗加工后的法兰进行热处理；
步骤7：利用精加工设备(铣床)对步骤6热处理后的法兰进行精密切削，即得基于电弧增材制造变压器用法兰。
本发明的特征还在于，
步骤2中，采用的低碳钢板为Φ500×20mm的Q235圆板板材。
步骤3中，采用PRO/E建模软件对变压器用法兰进行建模；并进行利用CAM软件进行切片处理；增材法兰件底面和下颈部时由外向内以螺旋的路径完成一层多道的堆积，并重复逐层累积，完成法兰件底面和下颈部的制备；增材上颈部时以环形路径完成一道多层的逐层累计；并且进行一层多道堆积时设计焊道的间距为4.5mm；将以上过程进行程序转换并导入弧焊机器人中。
步骤4中，焊接工艺参数：焊接电压：25～28V，焊接电流为160～180A，焊丝伸出长度为10～15mm，每一层3D打印结束后用角磨机除去表面氧化皮及熔渣；待冷却至200℃～250℃后进行下一道熔覆；保护气为80vol％Ar+20vol％CO2混合气体，气体流量为15L/min，填丝速度为280mm～320mm/min。
步骤6中，对步骤5中粗加工后的法兰进行热处理工艺具体为：先升温到1150℃固溶保温1h水冷至常温，再加热到450℃保温3h空冷时效处理。
本发明的有益效果是：
(1)本发明基于电弧增材制造变压器用法兰的方法，使用的粉芯丝材制备方法简单，可以较为容易地改变结构件的成分、使得性能优化。
(2)本发明基于电弧增材制造变压器用法兰的方法，提供了一种新型的制造低磁导率法兰的方式，制造的法兰结构件力学性能满足实际工况，同时避免了在传统制造中焊接无磁钢/奥氏体不锈钢时出现的母材及热影响区磁化现象。
(3)本发明基于电弧增材制造变压器用法兰的方法，从制丝到零件成型全过程可完全自动化，生产效率高，材料浪费率低，制造工艺步骤简单，工人的劳动强度低，更有利于自动化生产。
(4)本发明基于电弧增材制造变压器用法兰所用的粉芯丝材，能够用于制造磁导率较低的变压器用法兰。
附图说明
图1是本发明实施例1制备的变压器法兰的显微组织图；
图2是本发明所制备的变压器法兰三维建模图；
图3是本发明所制备的变压器用法兰内圈局部照片。
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。
本发明提供基于电弧增材制造变压器用法兰所用的粉芯丝材，包括粉芯和外皮，粉芯按质量百分比由以下粉末组成：镍粉10～20％，锰粉15％～20％，钨粉3％～5％，钼粉2～4％，钒粉2～4％，硅粉1.5％，铬粉45～50％，钴粉2％～3％，其余为碳粉，以上组分质量百分比之和为100％；外皮采用低碳钢带。
粉芯丝材的粉芯填充率为24％-26％。
该粉芯丝材中主要组分的作用和功能如下：
镍元素与铁元素有着相似的晶格常数，容易形成铁镍固溶体，形成固溶强化，同时根据修正过的锰钢舍弗勒相图，需要控制Cr/Ni当量比的来得到奥氏体组织，修正舍弗勒相图中Craq＝Cr+2Si+1.5Mo+5V+3.5Al+1.75Nb+1.5Ti+0.75W，Niaq＝Ni+Co+0.5Mn+0.3Cu+25N+30C,同时有法兰需要精加工部分较多，Ni元素的加入可以改善其加工性；
锰元素一方面可以提高奥氏体转变区间，另一方面由于法兰承受的载荷不大，需要的强度不高，所以不需要过多的锰元素来进行强化，同时锰元素在焊丝中起着脱硫的作用；
钨元素作为一种强化元素可以与钢中的碳形成耐高温硬质相，同时钨在修正的舍弗勒相图中Cr当量的计算元素，降低其他贵金属的含量，可以达到同等的Cr当量形成奥氏体；
钼元素在作为法兰零件的材料之一起着消除残余应力的作用，该元素可以提高法兰的扛回火性，由于法兰在增材结束后需要加工的部分较多，将产生较多的残余应力；
钒元素可以细化晶粒，提高法兰零件的塑韧性；
硅元素为脱氧元素，同时它的含量影响着Craq的结果，从而影响法兰零件的室温组织；
铬元素作为焊丝中提高法兰零件的抗高温性能，由于法兰零件连接的变压器中工作时一定的高涡流引起的高温，当铬元素超过12％时可以显著提高其抗高温性能，另外其也是奥氏体形成元素；
钴元素在锰钢中是促进奥氏体形成的作用，同时具有抗氧化的性能；
碳元素可以与铁影响渗碳体，与铬形成金属化合物提高其耐磨性，同时C显著影响舍弗勒相图中的Niaq结果。
本发明还提供一种基于电弧增材制造变压器用法兰的方法，具体操作步骤为：
步骤1：变压器法兰用粉芯丝材的制备：按质量百分比分别称取以下粉芯粉末：镍粉10～20％，锰粉15％～20％，钨粉3％～5％，钼粉2～4％，钒粉2～4％，硅粉1.5％，铬粉45～50％，钴粉2％～3％，其余为碳粉，以上组分质量百分比之和为100％；所有称取的粉末先采用行星式球磨机进行合金化处理，球磨机转速为180r/min，球磨时间为12h；制备粉芯丝材所采用的外皮为低碳钢带；并采用药芯焊丝拉拔机制备成直径1.0～1.2mm粉芯丝材，粉芯丝材的粉芯填充率为24％-26％；
步骤2：选择低碳钢板材作为工件基材，利用角磨机打磨表面杂质，打磨结束后采用超声清洗设备清除杂质，其次将钢板置于真空干燥炉中并保存待用；
步骤2中，采用的低碳钢板为Φ500×20mm的Q235圆板板材。
步骤3：进行变压器用法兰的建模，然后将三维模型进行分层切片处理，再设计增材制备过程中的运动轨迹，最后将以上过程转化为适用于弧焊机器人运行的程序；
步骤3中，采用PRO/E建模软件对变压器用法兰进行建模；并进行利用CAM软件进行切片处理；增材法兰件底面和下颈部时由外向内以螺旋的路径完成一层多道的堆积，并重复逐层累积，完成法兰件底面和下颈部的制备；增材上颈部时以环形路径完成一道多层的逐层累计；并且进行一层多道堆积时设计焊道的间距为4.5mm；将以上过程进行程序转换并导入弧焊机器人中。
步骤4：将步骤1所制备的粉芯丝材装入弧焊机器人中，并进行3D打印制备变压器用法兰；
步骤4中，焊接工艺参数：焊接电压：25～28V，焊接电流为160～180A，焊丝伸出长度为10～15mm，每一层3D打印结束后用角磨机除去表面氧化皮及熔渣；待冷却至200℃～250℃后进行下一道熔覆；保护气为混合气体，气体流量为15L/min，填丝速度为280mm～320mm/min。
步骤5：待步骤4制备的法兰冷却至室温后，先对零件进行粗加工，并留有一定的精加工余量；
步骤6：对步骤5中粗加工后的法兰进行热处理；
步骤6中，对步骤5中粗加工后的法兰进行热处理工艺具体为：先升温到1150℃固溶保温1h水冷至常温，再加热到450℃保温3h空冷时效处理。
步骤7：利用精加工设备对步骤6热处理后的法兰进行精密切削，即得基于电弧增材制造变压器用法兰。
实施例1
基于电弧增材制造变压器用法兰的方法，其具体步骤为：
步骤1：变压器法兰用粉芯丝材的制备：按质量百分比分别称取以下粉芯粉末：镍粉15％，锰粉15％，钨粉5％，钼粉4％，钒粉4％，硅粉1.5％，铬粉45％，钴粉3％，碳粉；7.5％；所有称取的粉末先采用行星式球磨机进行合金化处理，球磨机转速为180r/min，球磨时间为12h，制备粉芯丝材所采用的外皮为低碳钢带；填粉完成后粉芯焊丝减径需每隔0.2mm直至直径为1.2mm，粉芯丝材的粉芯填充率为25％；
步骤2：选择尺寸为Φ500×20mm的Q235圆板板材作为工件基材，利用角磨机打磨表面氧化皮，打磨结束后采用超声清洗设备清除杂质，其次将钢板置于真空干燥炉中并保存；
步骤3：采用PRO/E建模软件对变压器用法兰进行建模，如图2所示；并进行利用CAM软件进行切片处理；增材法兰件底面和下颈部时由外向内以螺旋的路径完成一层多道的堆积，并重复逐层累积，完成法兰件底面和下颈部的制备；增材上颈部时以环形路径完成一道多层的逐层累计；并且进行一层多道堆积时设计焊道的间距为4.5mm；将以上过程进行程序转换并导入弧焊机器人中；
步骤4：将步骤1所制备的粉芯焊丝装入弧焊机器人中，并进行3D打印制备变压器用法兰，进行增材过程中需在Q235板材下方垫上为其2倍尺寸的T2铜板以便于散热，增材工艺参数：焊接电压：26V，焊接电流为165A，焊丝伸出长度为12mm，每一层增材结束后用角磨机除去表面氧化皮及熔渣；待冷却至200℃后进行下一道熔覆；保护气为80vol％Ar+20vol％CO2混合气体，气体流量为15L/min，填丝速度为300mm/min；
步骤5：待步骤4制备的法兰冷却至室温后，先对零件进行粗加工，并留有一定的精加工余量，得到的法兰内圈局部照片如图3所示；
步骤6，对步骤5中粗加工后的法兰进行热处理；法兰的强化处理工艺：先升温到1150℃固溶保温1h水冷至常温，再加热到450℃保温3h空冷时效处理；
步骤7：采用数控机床对步骤6热处理后的法兰进行精密切削，即得基于电弧增材制造变压器用法兰。
如图1所示，即法兰内部显微组织图，显微组织沿温度梯度方向生长，为奥氏体组织与少量铁素体。
实施例1中采用一种基于电弧增材制造变压器用法兰结构件，经力学性能测试后，屈服强度为316MPa，抗拉强度为525.32MPa，室温冲击功为81.5J，经磁导率测试后，磁导率为1.256×10-6H/m，所测力学性能及磁导率均满足实际工况需求。
实施例2
基于电弧增材制造变压器用法兰的方法，其具体步骤为：
步骤1：变压器法兰用粉芯丝材的制备：按质量百分比分别称取以下粉芯粉末：镍粉10％，锰粉20％，钨粉4％，钼粉4％，钒粉4％，硅粉1.5％，铬粉50％，钴粉3％，碳粉3.5％，所有称取的粉末先采用行星式球磨机进行合金化处理，球磨机转速为180r/min，球磨时间为12h，制备粉芯丝材所采用的外皮为低碳钢带；填粉完成后粉芯焊丝减径需每隔0.2mm直至直径为1.0mm，粉芯丝材的粉芯填充率为24％。
步骤2：选择尺寸为Φ500×20mm的Q235圆板板材作为工件基材，利用角磨机打磨表面氧化皮，打磨结束后采用超声清洗设备清除杂质，其次将钢板置于真空干燥炉中并保存。
步骤3：采用PRO/E建模软件对变压器用法兰进行建模；并进行利用CAM软件进行切片处理；增材法兰件底面和下颈部时由外向内以螺旋的路径完成一层多道的堆积，并重复逐层累积，完成法兰件底面和下颈部的制备；增材上颈部时以环形路径完成一道多层的逐层累计；并且进行一层多道堆积时设计焊道的间距为4.5mm；将以上过程进行程序转换并导入弧焊机器人中；
步骤4：将步骤1所制备的粉芯焊丝装入弧焊机器人中，并进行增材制备变压器用法兰，进行增材过程中需在Q235板材下方垫上为其2倍尺寸的T2铜板以便于散热，增材工艺参数：焊接电压：25V，焊接电流为165A，焊丝伸出长度为12mm，每一层增材结束后用角磨机除去表面氧化皮及熔渣；待冷却至250℃后进行下一道熔覆；保护气为80vol％Ar+20vol％CO2混合气体，气体流量为15L/min，填丝速度为320mm/min；
步骤5：待步骤4制备的法兰冷却至室温后，先对零件进行粗加工，并留有一定的精加工余量；
步骤6，对步骤5中粗加工后的法兰进行热处理；法兰的强化处理工艺：先升温到1150℃固溶保温1h水冷至常温，再加热到450℃保温3h空冷时效处理；
步骤7：采用数控机床对步骤6热处理后的法兰进行精密切削，即得基于电弧增材制造变压器用法兰。
实施例2中采用一种基于电弧增材制造变压器用法兰结构件，经力学性能测试后，屈服强度为323.10MPa，抗拉强度为521.34MPa，室温冲击功为87.6J，经磁导率测试后，磁导率为1.257×10-6H/m，所测力学性能及磁导率均满足实际工况需求。
实施例3
基于电弧增材制造变压器用法兰的方法，其具体步骤为：
步骤1：变压器法兰用粉芯丝材的制备：按质量百分比分别称取以下粉芯粉末：镍粉20％，锰粉15％，钨粉3％，钼粉2％，钒粉2％，硅粉1.5％，铬粉45％，钴粉2％，碳粉9.5％；所有称取的粉末先采用行星式球磨机进行合金化处理，球磨机转速为180r/min，球磨时间为12h，制备粉芯丝材所采用的外皮为低碳钢带；填粉完成后粉芯丝材减径需每隔0.2mm直至直径为1.2mm，粉芯丝材的粉芯填充率为26％。
步骤2：选择尺寸为Φ500×20mm的Q235圆板板材作为工件基材，利用角磨机打磨表面氧化皮，打磨结束后采用超声清洗设备清除杂质，其次将钢板置于真空干燥炉中并保存。
步骤3：采用PRO/E建模软件对变压器用法兰进行建模；并进行利用CAM软件进行切片处理；增材法兰件底面和下颈部时由外向内以螺旋的路径完成一层多道的堆积，并重复逐层累积，完成法兰件底面和下颈部的制备；增材上颈部时以环形路径完成一道多层的逐层累计；并且进行一层多道堆积时设计焊道的间距为4.5mm；将以上过程进行程序转换并导入弧焊机器人中；
步骤4：将步骤1所制备的粉芯丝材装入弧焊机器人中，并进行增材制备变压器用法兰，进行增材过程中需在Q235板材下方垫上为其2倍尺寸的T2铜板以便于散热，增材工艺参数：电压：28V，电流为176A，焊丝伸出长度为12mm，每一层3D打印结束后用角磨机除去表面氧化皮及熔渣；待冷却至220℃后进行下一道熔覆；保护气为80vol％Ar+20vol％CO2混合气体，气体流量为15L/min，填丝速度为280mm/min；
步骤5：待步骤4制备的法兰冷却至室温后，先对零件进行粗加工，并留有一定的精加工余量；
步骤6，对步骤5中粗加工后的法兰进行热处理；法兰的强化处理工艺：先升温到1150℃固溶保温1h水冷至常温，再加热到450℃保温3h空冷时效处理；
步骤7：采用数控机床对步骤6热处理后的法兰进行精密切削，即得基于电弧增材制造变压器用法兰。
实施例3中采用一种基于电弧增材制造变压器用法兰结构件，经力学性能测试后，屈服强度为332.10MPa，抗拉强度为538.34MPa，室温冲击功为86.3J，经磁导率测试后，磁导率为1.214×10-6H/m，所测力学性能及磁导率均满足实际工况需求。
实施例4
基于电弧增材制造变压器用法兰的方法，其具体步骤为：
步骤1：变压器法兰用粉芯丝材的制备：按质量百分比分别称取以下粉芯粉末：镍粉15％，锰粉15％，钨粉3％，钼粉2％，钒粉2％，硅粉1.5％，铬粉50％，钴粉2％，碳粉9.5％，所有称取的粉末先采用行星式球磨机进行合金化处理，球磨机转速为180r/min，球磨时间为12h，制备粉芯丝材所采用的外皮为低碳钢带；填粉完成后粉芯丝材减径需每隔0.2mm直至直径为1.2mm，粉芯丝材的粉芯填充率为25.5％；
步骤2：选择尺寸为Φ500×20mm的Q235圆板板材作为工件基材，利用角磨机打磨表面氧化皮，打磨结束后采用超声清洗设备清除杂质，其次将钢板置于真空干燥炉中并保存；
步骤3：采用PRO/E建模软件对变压器用法兰进行建模；并进行利用CAM软件进行切片处理；增材法兰件底面和下颈部时由外向内以螺旋的路径完成一层多道的堆积，并重复逐层累积，完成法兰件底面和下颈部的制备；增材上颈部时以环形路径完成一道多层的逐层累计；并且进行一层多道堆积时设计焊道的间距为4.5mm；将以上过程进行程序转换并导入弧焊机器人中；
步骤4：将步骤1所制备的粉芯丝材装入弧焊机器人中，并进行增材制备变压器用法兰，进行增材过程中需在Q235板材下方垫上为其2倍尺寸的T2铜板以便于散热，增材工艺参数：焊接电压：25V，焊接电流为160A，焊丝伸出长度为12mm，每一层增材结束后用角磨机除去表面氧化皮及熔渣；待冷却至240℃后进行下一道熔覆；保护气为80vol％Ar+20vol％CO2混合气体，气体流量为15L/min，填丝速度为290mm/min；
步骤5：待步骤4制备的法兰冷却至室温后，先对零件进行粗加工，并留有一定的精加工余量；
步骤6，对步骤5中粗加工后的法兰进行热处理；法兰的强化处理工艺：先升温到1150℃固溶保温1h水冷至常温，再加热到450℃保温3h空冷时效处理；
步骤7：利用精加工设备对法兰重要部分进行精密切削。
实施例4中采用一种基于电弧增材制造变压器用法兰结构件，经力学性能测试后，屈服强度为327MPa，抗拉强度为518.7MPa，室温冲击功为75.1J，经磁导率测试后，磁导率为1.289×10-6H/m，所测力学性能及磁导率均满足实际工况需求。
实施例5
基于电弧增材制造变压器用法兰的方法，其具体步骤为：
步骤1：变压器法兰用粉芯丝材的制备：按质量百分比分别称取以下粉芯粉末：镍粉10％，锰粉15％，钨粉5％，钼粉4％，钒粉4％，硅粉1.5％，铬粉45％，钴粉2％，碳粉13.5％，所有称取的粉末先采用行星式球磨机进行合金化处理，球磨机转速为180r/min，球磨时间为12h，制备粉芯丝材所采用的外皮为低碳钢带；填粉完成后粉芯丝材减径需每隔0.2mm直至直径为1.2mm，粉芯丝材的粉芯填充率为25.7％；
步骤2：选择尺寸为Φ500×20mm的Q235圆板板材作为工件基材，利用角磨机打磨表面氧化皮，打磨结束后采用超声清洗设备清除杂质，其次将钢板置于真空干燥炉中并保存；
步骤3：采用PRO/E建模软件对变压器用法兰进行建模；并进行利用CAM软件进行切片处理；增材法兰件底面和下颈部时由外向内以螺旋的路径完成一层多道的堆积，并重复逐层累积，完成法兰件底面和下颈部的制备；增材上颈部时以环形路径完成一道多层的逐层累计；并且进行一层多道堆积时设计焊道的间距为4.5mm；将以上过程进行程序转换并导入弧焊机器人中；
步骤4：将步骤1所制备的粉芯丝材装入弧焊机器人中，并进行增材制备变压器用法兰，进行增材过程中需在Q235板材下方垫上为其2倍尺寸的T2铜板以便于散热，增材工艺参数：焊接电压：28V，焊接电流为180A，焊丝伸出长度为12mm，每一层增材结束后用角磨机除去表面氧化皮及熔渣；待冷却至250℃后进行下一道熔覆；保护气为80vol％Ar+20vol％CO2混合气体，气体流量为15L/min，填丝速度为320mm/min；
步骤5：待步骤4制备的法兰冷却至室温后，先对零件进行粗加工，并留有一定的精加工余量；
步骤6中，对步骤5中粗加工后的法兰进行热处理；法兰的强化处理工艺：先升温到1150℃固溶保温1h水冷至常温，再加热到450℃保温3h空冷时效处理；
步骤7：采用数控机床对步骤6热处理后的法兰进行精密切削，即得基于电弧增材制造变压器用法兰。
实施例5中采用一种基于电弧增材制造变压器用法兰结构件，经力学性能测试后，屈服强度为312.40MPa，抗拉强度为523.34MPa，室温冲击功为70.5J，经磁导率测试后，磁导率为1.286×10-6H/m，所测力学性能及磁导率均满足实际工况需求。

Claims (3)

1.基于电弧增材制造变压器用法兰的方法，其特征在于，具体操作步骤为：
步骤1：变压器法兰用粉芯丝材的制备：按质量百分比分别称取以下粉芯粉末：镍粉10～20％，锰粉15％～20％，钨粉3％～5％，钼粉2～4％，钒粉2～4％，硅粉1.5％，铬粉45～50％，钴粉2％～3％，其余为碳粉，以上组分质量百分比之和为100％；所有称取的粉末先采用行星式球磨机进行合金化处理；制备粉芯丝材所采用的外皮为低碳钢带；并采用药芯焊丝拉拔机制备成直径1.0～1.2mm粉芯丝材，粉芯丝材的粉芯填充率为24％-26％；
步骤2：选择低碳钢板材作为工件基材，利用角磨机打磨表面杂质，打磨结束后采用超声清洗设备清除杂质，其次将钢板置于真空干燥炉中并保存待用；
步骤3：进行变压器用法兰的建模，然后将三维模型进行分层切片处理，再设计增材制备过程中的运动轨迹，最后将以上过程转化为适用于弧焊机器人运行的程序；
步骤3中，采用PRO/E建模软件对变压器用法兰进行建模；并进行利用CAM软件进行切片处理；增材法兰件底面和下颈部时由外向内以螺旋的路径完成一层多道的堆积，并重复逐层累积，完成法兰件底面和下颈部的制备；增材上颈部时以环形路径完成一道多层的逐层累计；并且进行一层多道堆积时设计焊道的间距为4.5mm；将以上过程进行程序转换并导入弧焊机器人中；
步骤4：将步骤1所制备的粉芯丝材装入弧焊机器人中，并进行3D打印制备变压器用法兰；
步骤4中，焊接工艺参数：焊接电压：25～28V，焊接电流为160～180A，焊丝伸出长度为10～15mm，每一层3D打印结束后用角磨机除去表面氧化皮及熔渣；待冷却至200℃～250℃后进行下一道熔覆；保护气为80vol％Ar+20vol％CO2混合气体，气体流量为15L/min，填丝速度为280mm～320mm/min；
步骤5：待步骤4制备的法兰冷却至室温后，先对零件进行粗加工；
步骤6：对步骤5中粗加工后的法兰进行热处理；
步骤7：利用精加工设备对步骤6热处理后的法兰进行精密切削，即得基于电弧增材制造变压器用法兰。
2.根据权利要求1所述的基于电弧增材制造变压器用法兰的方法，其特征在于，步骤2中，采用的低碳钢板为Φ500×20mm的Q235圆板板材。
3.根据权利要求1所述的基于电弧增材制造变压器用法兰的方法，其特征在于，步骤6中，对步骤5中粗加工后的法兰进行热处理工艺具体为：先升温到1150℃固溶保温1h水冷至常温，再加热到450℃保温3h空冷时效处理。
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