高纯度氩气是 SS316L 线弧增材制造 (WAAM) 中防止材料失效的根本保障。它充当惰性屏障，取代了氧和氮等活性大气气体，防止它们在关键的凝固阶段污染熔融焊池和热丝。
氩气保护的核心目的是维持不锈钢的化学稳定性和机械完整性。没有这种高纯度保护，氧化会立即发生，从而损害最终部件的密度和质量。
大气污染的威胁
氧气和氮气的作用
WAAM 工艺中的主要敌人是周围空气中的氧气和氮气。当不锈钢 (SS316L) 加热到熔点时，它会与这些元素发生高度反应。
凝固过程中的脆弱性
在整个热循环过程中都存在污染风险。它不仅影响熔融池，还影响冷却过程中的高温丝材。
暴露的后果
如果熔融金属接触到空气，氧化会立即发生。这种反应会在层凝固之前就降低材料性能。
高纯度氩气如何工作
置换活性气体
使用氩气是因为它是惰性气体。它在 WAAM 中的主要功能是物理上将氧气和氮气从焊接区域推开。
创造保护性气氛
通过置换空气，氩气创造了一个局部化的保护性气氛。这种保护罩确保了金属从焊丝到基材的转移在一个化学中性的环境中进行。
确保 SS316L 的材料质量
保持化学稳定性
选择 SS316L 是因为它具有特定的化学成分。氩气保护可防止合金元素因氧化而损失，从而确保钢材保留其预期的化学稳定性。
实现机械完整性
要使打印的部件在结构上健全，金属必须不含氧化物和杂质。氩气保护可确保沉积层保持强大的机械完整性。
实现高密度
成功的 WAAM 工艺要求最终部件致密且无空隙。高纯度氩气是实现工业质量部件所需高密度沉积的先决条件。
理解风险：杂质的代价
“高纯度”要求
对于高风险应用，标准的工业氩气可能不足够。参考强调高纯度气体，因为即使是痕量的氧气或氮气也可能引入缺陷。
妥协的风险
如果保护气不够纯净，或者覆盖不足，保护就会失效。这会导致部件多孔、氧化，缺乏 SS316L 所期望的强度和耐用性。
为您的目标做出正确的选择
为确保您的 WAAM 项目成功，您必须将保护气视为关键工艺参数，而不是消耗品。
- 如果您的主要重点是结构完整性：确保您的气体输送系统创建一个完整、无湍流的保护罩，以最大限度地提高机械强度。
- 如果您的主要重点是材料认证：仅使用认证的高纯度氩气，以保证 SS316L 的化学稳定性符合行业标准。
最终，使用高纯度氩气是区分一堆焊接金属与高质量、高密度制造部件的不可协商的因素。
总结表：
| 因素 | 高纯度氩气的影响 | 保护不足的风险 |
|---|---|---|
| 氧化控制 | 完全置换 $O_2$ 和 $N_2$ | 立即氧化和材料降解 |
| 化学稳定性 | 保持 SS316L 中的合金元素 | 特定合金性能的损失 |
| 机械完整性 | 确保坚固、无缺陷的层 | 多孔结构和强度降低 |
| 部件密度 | 促进无空隙凝固 | 内部空隙和结构失效 |
| 气氛 | 创造稳定、惰性的保护罩 | 热循环期间的活性环境 |
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参考文献
- T. Geethapriyan, Palani Iyamperumal Anand. Studies on the Effect of Laser Shock Peening Intensity on the Mechanical Properties of Wire Arc Additive Manufactured SS316L. DOI: 10.3390/jmmp9010008
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
