本發(fā)明涉及沖擊轉(zhuǎn)輪制造工藝，特別提供一種異種材質(zhì)沖擊轉(zhuǎn)輪的電弧增材制造方法。

背景技術(shù)：

1、沖擊式水輪機是借助特殊導(dǎo)水機構(gòu)，將來自壓力管道的水沖向轉(zhuǎn)輪，使其旋轉(zhuǎn)并帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)子發(fā)電，多用于高水頭、小流量的水電站。沖擊轉(zhuǎn)輪作為機組的核心過流部件，目前傳統(tǒng)的制造方法主要采用整體砂鑄、整體鍛造、數(shù)控加工等減材和等材制造方法，生產(chǎn)制造的構(gòu)件性能、設(shè)備能力等難以滿足要求。

2、電弧增材制造是以電弧為熱源，絲材為填充材料，通過熔池由點-線-面-體的逐層堆積過程，實現(xiàn)零構(gòu)件的增材制造，因其具有熔敷效率高、制造成本低、材料利用率高等優(yōu)點，特別適合于大、中型金屬構(gòu)件的快速制造。但采用現(xiàn)有牌號的焊絲增材制造的鋼構(gòu)件無法滿足沖擊轉(zhuǎn)輪的具體服役性能要求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提出了一種異種材質(zhì)沖擊轉(zhuǎn)輪的電弧增材制造方法，開發(fā)了一種適合于電弧增材制造水輪機用沖擊轉(zhuǎn)輪的超低碳馬氏體不銹鋼絲材和增材制造工藝方法。即根據(jù)水輪機用沖擊轉(zhuǎn)輪的成分特點與性能要求，確定其合金系統(tǒng)以及各元素含量，采用熔化極氣體保護焊沉積方式，通過優(yōu)化沉積工藝參數(shù)，制造滿足使用性能要求的水輪機用沖擊轉(zhuǎn)輪，采用本發(fā)明所述方法可縮短制造周期、提高沖擊轉(zhuǎn)輪整體性能。

2、本發(fā)明解決的第一個技術(shù)問題，是提供一種異種材質(zhì)沖擊轉(zhuǎn)輪的電弧增材制造方法，滿足沖擊轉(zhuǎn)輪的高質(zhì)量、快速制造的需求。

3、本發(fā)明解決的第二個技術(shù)問題，是提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)良好強韌性與耐蝕性，具有低飛濺、低熔渣、合適表面張力的電弧增材水輪機用沖擊轉(zhuǎn)輪的超低碳馬氏體不銹鋼絲材。

4、本發(fā)明的技術(shù)方案為：

5、一種異種材質(zhì)沖擊轉(zhuǎn)輪的電弧增材制造方法，其特征在于：以電弧熔絲增材方法制備沖擊轉(zhuǎn)輪，沖擊轉(zhuǎn)輪沿圓周拆分成輪輻單元和勺斗單元，輪輻單元與勺斗單元為異種材質(zhì)；

6、拆分后的輪輻單元采用砂型鑄造、電渣熔鑄或整體鍛造成形方法制造；

7、輪輻單元斗跟處按拆分后勺斗單元結(jié)構(gòu)特點預(yù)留增材區(qū)，以此區(qū)域為開始點進行勺斗單元電弧熔絲增材制造，勺斗電弧熔絲增材制造過程采用引弧、收弧、防變形處理措施，完成沖擊轉(zhuǎn)輪整體制造。

8、所述輪輻單元采用20simn材料制備，勺斗單元采用0cr13ni5mo馬氏體不銹鋼材料制備。

9、沖擊轉(zhuǎn)輪的化學(xué)成分要求如表1所示，結(jié)合低飛濺、低熔渣、合適表面張力的電弧增材制造工藝要求，本發(fā)明選擇超低碳的ni-mn-cr-mo-cu作為超低碳馬氏體不銹鋼絲材的合金體系。

10、表1水輪機用沖擊轉(zhuǎn)輪鑄件化學(xué)成分要求(w.t％)

11、

12、電弧熔絲增材制造采用超低碳馬氏體不銹鋼絲材，所述絲材成分為質(zhì)量百分數(shù)：c≤0.04％，mn≤0.15％，si≤0.70％，cr?12.0-13.0％，ni?5.00-6.00％，mo?0.50-0.70％，s≤0.008％，p≤0.015％，fe余量。

13、所述絲材的制備方法為：選用高純鐵、低碳錳鐵、低碳硅鐵以及純碳、金屬鉬、金屬鉻、金屬鎳、金屬銅作為原材料，進行焊絲鋼的冶煉，冶煉采用500kg的真空感應(yīng)爐；冶煉后澆鑄成直徑為100mm的金屬鑄錠，然后將金屬鑄錠鍛造成50×50mm的方坯，再經(jīng)軋機軋成直徑為8mm的盤條；盤條經(jīng)過退火、粗拉、精拉、纏繞加工成直徑為1.2mm的成品絲材。

14、作為優(yōu)選的技術(shù)方案：

15、采用熔化極氣體保護焊沉積方式進行電弧增材制造，具體工藝參數(shù)為：電流145a、電壓23v、增材速度600mm/min、保護氣采用98％ar+2％co2混合氣體，流量為25ml/min，焊道之間的搭接量為30％，層間溫度控制在不高于300℃。

16、引弧及收弧處理，添加引弧板和息弧板，或在構(gòu)件的最外層引弧和息弧。

17、防變形和應(yīng)力措施，對斗跟部增材制造開始區(qū)域設(shè)置基座，進行剛性固定，預(yù)留加工尺寸，焊后消應(yīng)力退火處理，減少變形和殘余應(yīng)力。

18、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

19、(1)采用一種異種材質(zhì)沖擊轉(zhuǎn)輪的電弧增材制造沖擊轉(zhuǎn)輪，以異種材質(zhì)增材制造理念為基礎(chǔ)，滿足沖擊轉(zhuǎn)輪的高質(zhì)量、快速制造的需求；可降低大型沖擊轉(zhuǎn)輪的生產(chǎn)難度和對設(shè)備規(guī)模的要求，制造難度明顯降低；近凈成形可減少后期加工余量，提高金屬利用率，制造成本和制造工期大大降低。

20、(2)采用水輪機用沖擊轉(zhuǎn)輪的超低碳馬氏體不銹鋼絲材，能夠?qū)崿F(xiàn)良好強韌性與耐蝕性，具有低飛濺、低熔渣、合適表面張力的優(yōu)點，同時形成了一種水輪機用沖擊轉(zhuǎn)輪快速增材制造的工藝方法，具有較強的實用性以及推廣價值，容易實現(xiàn)工程化應(yīng)用。

技術(shù)特征：

1.一種異種材質(zhì)沖擊轉(zhuǎn)輪的電弧增材制造方法，其特征在于：以電弧熔絲增材方法制備沖擊轉(zhuǎn)輪，沖擊轉(zhuǎn)輪沿圓周拆分成輪輻單元和勺斗單元，輪輻單元與勺斗單元為異種材質(zhì)；

2.按照權(quán)利要求1所述異種材質(zhì)沖擊轉(zhuǎn)輪的電弧增材制造方法，其特征在于：所述輪輻單元采用20simn材料制備，勺斗單元采用0cr13ni5mo馬氏體不銹鋼材料制備。

3.按照權(quán)利要求1所述異種材質(zhì)沖擊轉(zhuǎn)輪的電弧增材制造方法，其特征在于，電弧熔絲增材制造采用超低碳馬氏體不銹鋼絲材，所述絲材成分為質(zhì)量百分數(shù)：c≤0.04％，mn≤0.15％，si≤0.70％，cr?12.0-13.0％，ni?5.00-6.00％，mo0.50-0.70％，s≤0.008％，p≤0.015％，fe余量。

4.按照權(quán)利要求3所述異種材質(zhì)沖擊轉(zhuǎn)輪的電弧增材制造方法，其特征在于，所述絲材的制備方法為：選用高純鐵、低碳錳鐵、低碳硅鐵以及純碳、金屬鉬、金屬鉻、金屬鎳、金屬銅作為原材料，進行焊絲鋼的冶煉，冶煉采用500kg的真空感應(yīng)爐；冶煉后澆鑄成直徑為100mm的金屬鑄錠，然后將金屬鑄錠鍛造成50×50mm的方坯，再經(jīng)軋機軋成直徑為8mm的盤條；盤條經(jīng)過退火、粗拉、精拉、纏繞加工成直徑為1.2mm的成品絲材。

5.按照權(quán)利要求1所述異種材質(zhì)沖擊轉(zhuǎn)輪的電弧增材制造方法，其特征在于：采用熔化極氣體保護焊沉積方式進行電弧增材制造，具體工藝參數(shù)為：電流145a、電壓23v、增材速度600mm/min、保護氣采用98％ar+2％co2混合氣體，流量為25ml/min，焊道之間的搭接量為30％，層間溫度控制在不高于300℃。

6.按照權(quán)利要求1所述異種材質(zhì)沖擊轉(zhuǎn)輪的電弧增材制造方法，其特征在于：引弧及收弧處理，添加引弧板和息弧板，或在構(gòu)件的最外層引弧和息弧。

7.按照權(quán)利要求1所述異種材質(zhì)沖擊轉(zhuǎn)輪的電弧增材制造方法，其特征在于：防變形和應(yīng)力措施，對斗跟部增材制造開始區(qū)域設(shè)置基座，進行剛性固定，預(yù)留加工尺寸，焊后消應(yīng)力退火處理，減少變形和殘余應(yīng)力。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明的目的在于提供一種異種材質(zhì)沖擊轉(zhuǎn)輪的電弧增材制造方法，其特征在于：以電弧熔絲增材方法制備沖擊轉(zhuǎn)輪，沖擊轉(zhuǎn)輪沿圓周拆分成輪輻單元和勺斗單元，輪輻單元與勺斗單元為異種材質(zhì)；拆分后的輪輻單元采用砂型鑄造、電渣熔鑄或整體鍛造成形方法制造；輪輻單元斗跟處按拆分后勺斗單元結(jié)構(gòu)特點預(yù)留增材區(qū)，以此區(qū)域為開始點進行勺斗單元電弧熔絲增材制造，勺斗電弧熔絲增材制造過程采用引弧、收弧、防變形處理措施，完成沖擊轉(zhuǎn)輪整體制造。本發(fā)明能夠縮短制造周期、提高沖擊轉(zhuǎn)輪整體性能，實現(xiàn)了對于沖擊轉(zhuǎn)輪在高效熔絲增材制造中“形”與“性”的調(diào)控。

技術(shù)研發(fā)人員：趙嶺,高云保,王增睿,王宇,溫秋林,王璨,張海軍,李瑞新,曹衡
受保護的技術(shù)使用者：中國機械總院集團沈陽鑄造研究所有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6