关键词： 增材制造   熔滴复合电弧沉积   组织演变   力学性能   铝合金  

摘要： 以电弧为热源的铝合金增材制造具有高效、低成本、材料利用率高等优势，但是凝固过程复杂、性能不稳定、难以实现主动控制的局限。针对铝合金熔滴复合电弧增材工艺，耦合宏观熔池热质输运模型与微观组织演化相场模型，进行沉积过程凝固组织转变跨尺度数值计算。考虑洛伦兹力、表面张力以及电弧压力等因素计算沉积过程熔滴与电弧对熔池影响行为，分析了温度场分布演化规律。将熔池凝固参数代入相场模型计算熔池不同位置组织生长演化过程，结果表明，在熔池底部凝固组织呈现柱状晶结构，到熔池中上部逐渐满足液相形核条件，发生组织转变，从柱状晶转变为等轴晶。同时元素分布呈现明显显微偏析，在晶界处溶质浓度高，枝晶内部浓度较低。最后为了验证数值模拟的正确性，进行了样件金相与力学性能测试，电镜下观测结果和能谱分析结果与数值模拟表现出较高一致性；同时微小拉伸试验表明，熔池中上部材料的抗拉强度和伸长率均高于熔池底部材料。

关键词： 电弧熔丝增材   增减材复合制造   曲面响应法   沉积层成形  

摘要： 在电弧熔丝增材过程中，沉积层温度的升高会打破原有熔池流动的平衡，进而中出现驼峰现象；上述现象可通过增加层间等待时间得以缓解，但不能完全消除。本文采用曲面响应法建立了铣削层表面粗糙度和铣削工艺参数的回归模型，揭示了铣削面表面粗糙度对后续沉积层流动特性的影响。得出表面粗糙度越小的铣削层，后续沉积层的成形质量越高；当铣削面表面粗糙度为2.08μm时，沉积层的润湿角接近90°，且成形平整度最优。

关键词： 数字孪生   工业机器人   Blender   Blender Python API   远程监控  

摘要： 随着数字技术的发展和硬件的进步,数字孪生技术已经应用于各个领域,其中工业制造领域的应用尤其广泛,由于其高效率、高稳定性、安全性等特性,大大提高了工业机器人工作效率,减少人力物力的成本。因此,本文通过对电弧增材机器人数字孪生系统构建的需求分析,设计了孪生系统的整体架构,综合应用Python语言、MySQL数据库和三维建模软件Blender对电弧增材机器人数字孪生模型进行开发,研究了利用Blender骨骼和Blender Python API驱动孪生模型映射物理实体实时工作的方法,实现了数字孪生模型远程监控、实时映射的功能。本研究可为以KUKA KR16作为物理实体的数字孪生模型研究提供研究经验和理论参考,对工业机器人数字孪生模型构建的研究有一定意义。

关键词： 电弧增材制造   冷金属过渡   X70管线钢   缺陷修复  

摘要： 为解决传统油气管道缺陷修复耗时长、热输入过大、修复质量不易控制等问题,以X70管道为研究对象,采用冷金属过渡电弧增材制造工艺对缺陷管道进行修复。结果表明,单层单道试验后试件抗拉强度分别为596、581 MPa,高于母材最低抗拉强度570 MPa,焊缝与母材结合良好;搭接率为33%时,多道成形表面质量较高;层间抬升距离分别为2.41、2.04 mm时的多层成形质量较好;修复后试样未出现气孔、裂纹等缺陷;微观金相显示修复区主要由铁素体和少量贝氏体组成,保证了修复后的力学强度;拉伸试件断裂位置均位于母材,两方案试件的平均抗拉强度分别为629、621 MPa,修复后的性能符合标准要求,可对电弧增材修复油气管道缺陷提供一定参考。

关键词： 热处理   增材制造   2A42   Al-Cu合金  

摘要： 对比分析了沉积态与不同时效处理下的电弧增材2A42铝合金组织与性能。结果表明:经时效热处理后,电弧增材制造2A42铝合金析出大量弥散细小Al_(2)Cu相。晶粒细化明显,但T5态晶粒存在合并现象,T6态晶粒较T5态晶粒细小。T6态试样组织发生了明显的等轴化。同水平方向,试样室温抗拉强度由T5态的489 MPa升至T6态的520 MPa,提升了6.3%;屈服强度由T5态的421 MPa升至T6态的484 MPa,提高了14.9%。同一增材方向,室温抗拉强度由T5态的480 MPa升至T6态的517 MPa,提升了7.7%;屈服强度由T5态的428 MPa升至T6态的463 MPa,提高了8.1%。

关键词： 2.25Cr1Mo钢   电弧增材   工艺参数   超期服役   数值模拟   残余应力  

摘要： 利用有限元分析软件ABAQUS,使用生死单元法建立冷金属过渡(CMT)电弧增材修复回火脆状态下的2.25Cr1Mo钢模型,通过试验对该模型进行验证,模拟分析了不同焊接电流、焊接电压、焊接速度在修复过程中温度场、应力场和热影响区的分布和变化规律,结果表明,模拟得到的温度、残余应力、HAZ分布曲线和试验的检测结果相吻合,验证了有限元模型的可能性,并得出结论,残余应力在温度梯度较大的地方分布较广且较大,热影响区与熔池大小、热量散布速率有关。最终通过正交试验,使用极差方差分析法得出最优参数:焊接电流160 A、焊接电压15 V、焊接速度3.2 mm/s,并模拟了预热及焊后热处理对残余应力的影响,结果表明经过焊后热处理,焊缝、热影响区的残余应力值有大幅度的降低,从266.7 MPa降低到38.1 MPa,下降了85.7%,材料的抗裂性能与耐久性等得到了提升。

关键词： DH36钢   激光锻造   Johnson-Cook模型   高温修正  

摘要： 激光锻造复合电弧修复技术可有效改善修复区的气孔缺陷。通过有限元仿真方法研究激光锻造作用下气孔缺陷的演变规律,可为激光锻造复合电弧修复工艺的优化提供理论指导和借鉴。由于激光锻造是作用于高温状态下金属,为提高仿真结果的准确性,需要构建能够更准确描述金属高温流变行为的本构模型。以海上风电领域广泛应用的DH36钢为研究对象,采用万能试验机对DH36钢在不同温度和应变率下进行拉伸测试,其中温度为20~1 000℃,应变速率为0.01~0.1 s^(-1)。基于拉伸应力-应变曲线修正了Johnson-Cook(J-C)本构模型中的应变强化项和温度软化项,提出了适用于DH36钢的高温修正J-C本构模型。评估了修正后的JC本构模型的预测应力与实验测量值的相关系数R和平均相对误差E_(AAR),得出R为0.939 18,E_(AAR)为6.799 9%,表明高温修正的J-C本构模型具有较好的应力预测能力。然后分别采用J-C本构模型和高温修正J-C本构模型进行激光锻造作用下气孔缺陷演变的有限元仿真,结果表明不同的本构模型对仿真结果有显著影响,高温修正的J-C本构模型预测的气孔尺寸变化大于J-C本构模型,这与修正模型考虑了材料高温状态下的热变形行为有关。

关键词： 铝合金   电弧增材制造   调控手段  

摘要： 铝合金应用领域广,电弧增材制造(WAAM)成形大型结构件快,使铝合金电弧增材制造技术取得了长足的进步.然而,使用WAAM工艺加工的铝合金零件易存在较多缺陷,成形质量也难以达到实际应用要求,常需要采用各种手段进行调控,以改善电弧增材制造铝合金的成形过程、组织和性能.针对铝合金电弧增材制造,总结了国内外过去十年来的研究情况,包括高水平论文发表数量和引用情况以及工程化应用等;针对电弧增材制造铝合金中存在的主要问题及其形成机理,从单一调控手段和复合调控手段两个角度进行综述,重点论述了各调控手段的优势和局限性,并对未来需要突破的研究方向进行了展望.

关键词： ZL114A   电弧熔丝增材修复   微观组织   力学性能  

摘要： 目的探究电弧熔丝增材工艺和热处理制度对ZL114A修复件组织性能的影响规律,为后续实际修复提供参考。方法基于电弧熔丝增材沉积技术对T6态ZL114A铝合金进行修复,对比了不同电弧模式对增材修复交界区冶金结合的影响,并分析了电弧增材修复对修复区组织变化和力学性能的影响。结果采用CMT-P电弧模式进行增材修复能够实现良好的冶金结合,但在增材修复交界区域存在共晶硅的聚集;增材修复区域的共晶硅呈片状连续分布。修复区显微硬度远小于T6态基体的显微硬度,且交界区存在0.5 mm左右的热影响区。经T6全域热处理可以显著提升修复件的整体性能,使基体热影响区消失,修复件抗拉强度、延伸率分别达到338 MPa、5.6%。结论与未热处理前相比,热处理后修复件的抗拉强度和延伸率均有所提升,修复试样力学性能达到HB962标准。

关键词： 超级马氏体不锈钢   电弧增材制造   组织   力学性能   热处理  

摘要： 超级马氏体不锈钢因其高强度、高韧性和优异耐蚀性成为重大工程装备的关键材料,但传统制造技术难以满足大型复杂构件的高效定制需求。电弧增材制造凭借高沉积速率、低成本和近净成形等优势,为超级马氏体不锈钢大型构件制造提供了新途径。然而,电弧增材制造特有的多层热循环导致显微组织非均匀性演变和残余应力累积,直接影响构件性能均一性,限制其广泛应用。系统综述了电弧增材制造技术在超级马氏体不锈钢制备中的研究进展,重点讨论了电弧增材制造超级马氏体不锈钢的微观组织演变规律及对力学性能的影响,并论述了保护气体和夹杂物对力学性能的影响。此外,还探讨了热处理工艺对显微组织和力学性能的影响机制。最后对未来电弧增材制备超级马氏体不锈钢构件的发展趋势和研究方向进行了展望。