关键词： ZL114A合金   电弧熔丝增材制造   热处理   组织与性能  

摘要： 采用电弧熔丝增材制造(Wire Arc Additive Manufacture,WAAM)成形技术对ZL114A合金成形工艺进行了研究,分析了WAAM成形沉积态和热处理试样微观组织及力学性能。结果发现:沉积态的微观组织由树枝状晶的α-Al基体和颗粒状共晶Si相组成,并且相邻两道焊缝的重叠区域形成粗晶区;相较于传统金属型铸造,沉积态晶粒更加细小、共晶Si相细小均匀分布;经T6热处理后,树枝晶消失,共晶Si相发生球化,呈细小弥散状态分布,显著提升了试样的力学性能:电弧熔丝增材ZL114A合金的抗拉强度、屈服强度和延伸率分别达到370.0 MPa、310.4 MPa、8.6%,并且拉伸断口表现为韧性断裂。

关键词： 电弧增材制造   热过程分析   基层宽度   热过程解析解  

摘要： 电弧增材制造网格壁板以逐层堆积的方式直接在基板上沉积网格结构,能够极大地提升生产效率并降低成本.在网格壁板的成型过程中,基层的成型和整体的热过程决定了上层是否能成功完成成型.本文针对不同板厚作为基板的基层成型不规律问题,利用不同环境因素下的试验得到其成型熔宽及余高数据,根据得到的数据建立有限元填充模型.采用有限元模拟方式研究基板厚度、预热温度、距边缘距离等关键参数对电弧增材制造网格壁板的影响规律.试验结果表明:随着基板厚度的增加,基层成型宽度明显减小;随着预热温度的升高,在80℃温度以内宽度增加不明显,当预热温度超过120℃,基层成型宽度出现明显的增加;在边缘距离大于20 mm时,边缘距离对成型宽度基本没有影响;边缘距离小于20 mm时,随着边缘距离的减小,成型宽度逐渐加大,在边缘距离为10 mm时整个边缘基板的温度达到500°,基板塌陷倾向明显.最后通过上述试验结果,应用热力学理论构建基层成型数学模型,结合统计学最小二乘法,辅助确定热源参数后采用有限元模拟的方法可以进行不同工艺参数及板厚的热过程研究,这种创新性结合热力学解析解、统计学方法和简单实测解,可以有效地减少电弧增材基层热过程分析时间,提升成型研究效率.

关键词： 电弧增材制造   分区减光   主被动联合视觉传感   成形尺寸  

摘要： 设计了电弧增材制造熔敷道成形尺寸主被动联合视觉检测方法,以克服结构光主动视觉传感的滞后性与被动视觉传感的信息单一性.为了实现极高亮度的熔池与极低亮度的结构光条纹在同一CCD靶面同时清晰成像,提出了分区减光策略,对熔池与结构光条纹进行差异化的减光,使二者光强在减光之后水平相当,进而清晰成像.相机成像光路分析表明,需要将分区减光元件设置在镜头前方一倍焦距以外或镜头后方焦点与靶面之间.该方法实现了单CCD在一幅图像中同时清晰拍摄熔池和结构光条纹.开发了一套图像处理算法,实时提取出了熔敷道尺寸.结果表明,熔敷道高度检测误差优于0.1 mm,宽度检测误差优于0.2 mm.

关键词： 电弧增材制造   机器人焊接速度   层间冷却时间   成形精度  

摘要： 目的提高电弧增材制造质量,获得更好的参数匹配。方法研究机器人焊接速度和层间冷却时间变化对增材件形貌、熔宽、余高的影响规律。选取焊接速度为30 cm/min和40 cm/min,层间冷却时间为30 s和40 s,进行两变量两个水平的全面实验。利用机器人电弧增材制造技术在5 mm厚的316L不锈钢板上进行20层的堆积;在焊道上均匀选取6个点,测得总高、熔宽和余高数据。在此基础上,分析增材件总体形貌及熔宽、余高的变化规律。结果发现当层间冷却时间达到一定值后,熔池已凝固且温度较低,熔宽、余高变化不大。随着焊接速度提升,熔池单位时间内熔化的金属量锐减,引起增材件熔宽、余高缩小。结论改变焊接速度对增材件形貌的影响更为明显,层间冷却时间达到一定值后,层间温度不再发生变化,形貌变化不大。

关键词： 电弧增材制造   偏置轮廓   自交   严格单调链   无效环  

摘要： 为了提高电弧增材制造成形件的成形精度,三维模型进行切片后的截面轮廓需要进行一定熔宽的偏置,在偏置过程中,轮廓环会出现自交。针对偏置轮廓的自交,采用优化的严格单调链(SMC)求交算法求取偏置轮廓的自交点,提高了求交点的效率;采用向量法判别无效环,提高了无效环的去除效率;通过模型切片和电弧增材成形实验,验证了算法的有效性。实验表明:自交处理算法减少了电弧增材制造中材料的浪费和提高了成形件表面尺寸精度。

关键词： 高温合金   电弧增材制造   显微组织   力学性能   断口形貌   GH4099  

摘要： 研究了GH4099高温合金电弧增材制造材料的显微组织及力学性能,结果表明:GH4099高温合金电弧增材制造过程中材料流动性较差,需采用He气进行保护才能满足成形需求;电弧增材制造组织呈现出较为明显的各向异性,其中垂直于增材方向呈现出连续的列状枝晶,而平行于增材方向则呈现出等轴晶组织,在等轴晶内部存在着树枝晶亚结构,大量γ′强化相及MC碳化物弥散分布在等轴晶晶界和晶粒内部;经常温与900℃高温力学测试,GH4099高温合金电弧增材制造材料抗拉强度和常温断后延伸率均满足GB/T 14996—2010《高温合金冷轧板》标准要求,但900℃高温断后延伸率低于标准要求。

关键词： 镍基合金CHN327   电弧熔丝增材   中温拉伸试验   流变应力模型  

摘要： 选用了一种镍基合金焊材(CHN327)用于新型“拳头式”锻模表面层的电弧熔丝增材制造,对模具镍基表层的显微组织、力学性能及该种镍基合金的中温流变行为进行了研究。对试样进行了10次以2℃/s的加热速度加热至700℃后淬火的处理,模拟了模具服役中的温度循环,并对加热和水淬前后的显微组织变化进行了表征。采用WDW-100万能试验机在温度600~700℃和应变速率0.001~0.1 s^-1范围内对镍基表层试样进行了单向中温拉伸试验,研究变形温度和应变速率对CHN327合金流变应力的影响,建立了镍基合金CHN327流变应力与变形条件之间关系的数学模型。结果表明:经加热-淬火温度循坏后,“拳头式”锻模镍基表面层γ″-Ni3Nb相含量增加,镍基表面层与铁基层的结合强度提高;镍基合金CHN327满足正应变速率敏感材料特性,基于Arrhenius模型拟合出的模型参数能较好地预测合金中温变形中的流动应力。

关键词： 铝基复合材料   电弧增材制造   TIG堆焊   组织   性能  

摘要： 采用钨极氩弧焊(Tungsten Inert Gas Welding,TIG)方法在ZL102上进行TiB2/7050的堆焊研究,旨在为TiB2颗粒增强铝基复合材料的电弧增材制造提供技术探索。利用光学显微镜、扫描电子显微镜、显微硬度计对不同焊接电流获得的堆焊层的焊缝成形、微观组织进行观察与分析。结果表明:TIG堆焊的TiB2/7050铝基复合材料在ZL102表面成形良好;焊接电流增大,焊道的熔宽、熔深和余高尺寸都随之增加;微观组织也随之发生较大改变;堆焊层的显微硬度与ZL102基材相比显著增加。复合材料焊材中的TiB2增强相,有助于TIG堆焊层微观组织的细化和性能的强化。

关键词： 熔化极电弧增材制造   18Ni马氏体钢   固溶处理   组织性能  

摘要： 采用熔化极电弧增材工艺制备了成形良好的18Ni马氏体钢单墙体,研究了增材构件热处理前、后的组织力学性能.结果表明,增材构件的微观组织主要是柱状树枝晶,沉积态增材构件组织和力学性能存在局部差异:构件组织顶部为马氏体,硬度平均值为360 HV;中部和底部区域则为马氏体和奥氏体且中部硬度平均值为468 HV,略高于底部硬度平均值437 HV;构件纵向抗拉强度(1375 MPa)高出横向抗拉强度(1072 MPa)约28.3%,对应的断后伸长率分别为1.1%和0.8%.对增材构件进行825℃保温1 h的固溶热处理后,析出相重新溶入奥氏体,构件组织转变为马氏体,硬度值下降(平均值为328 HV),变化波动小;纵向和横向抗拉强度相当,分别为1025 MPa和1034 MPa,断后伸长率分别为6%和14%.

关键词： 电弧增材制造   搭接熔积   焊枪偏转   数值模拟  

摘要： 针对电弧增材制造搭接熔积不对称的熔积空间导致的非对称电弧形态、等离子流态以及差的气体保护效果,提出了采用焊枪偏转的方式对搭接熔积非对称电弧形态进行调控,并建立搭接熔积电弧的三维数值模型,模拟了普通搭接熔积和3种焊枪偏转角度情况的搭接熔积电弧。数值模拟结果表明,焊枪偏转10°、20°和30°对搭接熔积电弧不对称的温度场和压强分布均有影响。其中焊枪偏转10°和20°对保护气流“内陷”现象均有改善作用,焊枪偏转20°对电弧温度场、压强分布以及保护气的平衡效果最佳,而焊枪偏转30°使气体保护效果变差。数值模拟的电弧形貌与实验拍摄的电弧形貌照片吻合良好。