关键词： 激光诱导电弧   增材制造   电信号   高速摄像   等离子体  

摘要： 电弧作为金属增材制造单一热源时,由于电弧稳定性较差,熔池的可控性也较差,容易产生熔池金属外溢及沉积结构坍塌等缺陷,影响增材制造构件的成形质量。而激光诱导电弧形成的复合热源综合了激光与电弧各自的优点,弥补了电弧增材制造过程中的不足。但是目前对激光诱导电弧能量传输机理认识的缺乏限制了该复合热源在实际增材制造工艺中的应用。本文主要针对铝合金材料建立了激光诱导电弧增材制造实验系统,对增材制造过程中的电信号及电弧形态等特征信息进行了同步采集,研究了激光对电弧熔滴过渡形式的影响,计算并分析了激光诱导电弧耦合等离子体的电子温度及电子密度数特征,最后探讨了激光诱导电弧能量定向传输机制。研究结果表明,激光诱导非脉冲MIG电弧时,其短路过渡频率相比于单电弧有所降低,但是电弧电信号波形更加均匀。当激光诱导脉冲MIG电弧时,发现激光能量能够减少不稳定的熔滴瞬时短路现象发生,并且随着激光功率的增加,这种不稳定的熔滴过渡现象得到有效抑制,同时增材制造沉积层的表面成形质量也得到了一定程度的改善。通过计算激光诱导电弧耦合等离子体物理参数特征发现,耦合等离子体电子温度在电弧功率较小时相比于单电弧更大,当电弧功率增加到一定程度时,耦合等离子体电子温度变化不明显。另外,通过改变脉冲激光输出能量发现,耦合等离子体电子温度及电子密度数都是随着激光峰值功率的增大而增大。当固定单脉冲激光能量时,电子温度及电子密度数都是随着激光脉冲宽度的增加而降低。改变热源间距发现,耦合等离子体电子温度和电子密度数都是随着热源间距的增加先升高后降低。通过高速摄像及电信号同步采集发现,激光的加入能够提高电弧起弧时一次成功的可能性,并且在脉冲激光作用期间明显改变了电弧能量传输的方向,电弧弧根部分偏向于激光作用点,电弧导电通道受到一定程度的压缩,表现出电弧能量传输的定向特征。最终通过对激光诱导电弧能量传输的方向性以及耦合等离子体物理参数特征的研究,建立了激光诱导电弧物理导电模型,认为激光诱导电弧能量定向传输的主要原因在于激光能量破坏了金属母材表面的氧化膜,为电弧提供了稳定的阴极斑点,并且激光致等离子体中的带电粒子参与了电弧的导电,使电弧燃烧更加稳定。

关键词： ZL114A铝合金   电弧增材   正交试验   力学性能  

摘要： 通过设计正交试验,研究了电弧熔丝增材制造ZL114A铝合金的成形电流、电压、Z轴增量、层间停留时间等工艺参数对成形铝合金力学性能的影响。结果表明,工艺参数对力学性能的影响程度关系是:送丝速度>电流>电压>层间停留时间;层宽极差分析表明:电流和电压因素对层宽的影响非常显著,层间停留时间因素对层宽的影响显著,送丝速度因素对层宽的影响不明显;电弧熔丝增材制造ZL114综合力学性能最好时的成形工艺参数是:电流170A、电压13V、送丝速度90mm/min、层间停留时间10s。

关键词： 电弧增材制造   钛合金  

摘要： 采用CMT电弧增材制造技术制造了TC4钛合金薄壁墙构件,并对其组织特征进行了研究.结果表明,在电弧增材制造过程中,受其热输入、多次热循环及冷却速度的影响,在其构件中产生了从高温保留下来的贯穿数个堆积层的原始β柱状晶晶界、水平层带条纹、马氏体组织和网篮组织等.显微硬度显示,中下部区域硬度相对较高,平均硬度为336HV 0.1,上部显微硬度有明显降低,平均硬度为323.3HV 0.1.

关键词： 电弧增材制造   STL模型   Akima插值   参数三次样条曲线  

摘要： 要提高STL模型精度,必然会增加三角形面片数目,导致程序处理复杂度增加。文中针对单道焊缝特点,在一定模型转化误差下,通过设置距离阈值和拟合点数范围的方法来确定切面轮廓的插值曲线段数,然后提出了基于Akima插值和参数三次样条曲线相结合的算法对轮廓点分段构造插值曲线,并计算插值点,以得到较精确的轮廓轨迹点。最后在采用熔化极气体保护焊的快速成型设备上运行生成的轮廓轨迹G代码,验证了该算法的有效性。

关键词： 核电构件   电弧   增材制造   堆熔材料  

摘要： 开发了一种核电构件电弧增材制造堆熔材料用原丝及辅剂。文中详细论述了开发背景、必要性、研究内容、关键技术及解决途径;进行了原丝及辅剂的配方、原材料成分控制、组分冶金反应平衡控制、杂质含量控制、成分稳定性控制、理化性能、生产制造工艺的研究。所开发的核电构件电弧增材制造堆熔材料用原丝及辅剂成功进行了试件的打印,打印过程顺利,工艺优良,试件各项性能指标满足设计要求。

关键词： 电弧增材成形   单道两层熔积   晶粒生长   数值模拟  

摘要： 晶粒生长的数值模拟是研究复杂微观组织演变的重要手段,现有的研究较少涉及电弧增材成形中晶粒生长的数值模拟。采用有限元和元胞自动机方法建立了碳钢电弧增材成形过程的宏观传热和微观组织演变的耦合模型,模拟单道第两层熔积的熔池凝固过程中晶粒动态演变过程。模拟结果显示,单道第一层熔积熔池凝固过程中晶粒从熔合线位置形核后向熔池中心生长,在温度梯度方向与枝晶臂优先生长方向的共同作用下,枝晶呈现竞争生长,晶粒优先生长方向与温度梯度方向一致的晶粒生长更快,部分晶粒生长被抑制,最终形成交错、完全粗大的柱状晶组织,枝晶之间出现溶质富集的现象;单道第二层熔积的晶粒在上一层粗大柱状晶基础上形核并生长,随后的生长过程与第一层类似,第二层熔积时熔池温度梯度方向的改变导致晶粒的主要生长方向与第一层之间有一定夹角。与模拟相同成形工艺的成形试样金相照片验证了模拟结果。研究结果可为电弧增材成形微观组织控制以及后续工艺规划提供依据和参考。

关键词： 丝材   电弧   增材制造   研究进展  

摘要： 丝材+电弧增材制造是金属材料增材制造的一个重要方法,因其材料的利用率高、结构致密度高等特点被广泛关注。通过参考和分析近两年国内外学者在丝材+电弧增材制造方面的研究成果,从熔化极、非熔化极和数值分析三个方面综述了国内外研究情况。总结了丝材+电弧增材制造当前所取得的成果,指出研究过程中存在的问题,对未来研究重点和方向做了展望。

关键词： Cu-Ni-Al-Mn-Fe铝青铜合金   CMT   增材制造   微观组织  

摘要： 目的研究冷金属过渡技术(Cold metal transfer,简称CMT)增材制造Cu-Ni-Al-Mn-Fe铝青铜合金的微观组织成形规律。方法采用CMT电弧增材的方式制备了Cu-Ni-Al-Mn-Fe铝青铜合金的薄壁试样件,研究了试样件在不同位置、不同方向的微观组织。结果 CMT电弧增材制造Cu-Ni-Al-Mn-Fe铝青铜合金的微观组织分为3个区域,前3层的不稳定区域主要是由基材树枝晶到柱状晶的转变区域;第3层到最后一层的稳定区域主要是外延生长的柱状晶区;在最后一层靠近空气侧约360μm厚度范围内,出现转向枝晶。交替往复电弧增材的Cu-Ni-Al-Mn-Fe铝青铜合金,在每层顶部均会形成转向枝晶,但随后新一层电弧增材的熔池会熔化顶部形成的转向枝晶,最终在微观组织形貌上表现出柱状晶外延生长的形式。结论通过控制合适工艺参数,可以获得致密无缺陷的CMT电弧增材制造Cu-Ni-Al-Mn-Fe铝青铜合金薄壁试样,在试样的稳定区域,微观组织是外延生长的柱状晶,柱状晶的晶界上Al,Ni,Mn元素产生富集现象,质量分数高于平均值。在柱状晶的晶内,Cu元素高于均值,而Al,Ni,Mn元素质量分数均低于均值,这与柱状晶的形核顺序有关。

关键词： 铝合金   电弧增材制造   CMT  

摘要： 由于铝合金的应用领域较为广泛,使其增材制造技术成为了研究热点。CMT技术作为一种新型焊接工艺,焊接过程中弧长控制较为精确,其热输入量小、飞溅少等工艺特点非常适合铝合金等低熔点金属的增材制造,因此,铝合金CMT增材制造技术成为了近年来国内外各研究机构的研究热点。从控形控性的角度分析了国内外相关研究机构的研究方向,重点综述了焊接速度、送丝速度、CMT工艺等工艺参数和热处理对成形件形貌及性能的影响,同时概述了铝合金CMT电弧增材制造中尺寸控制、组织性能、气孔缺陷等方向的研究工作。借此指出,基于CMT技术的铝合金电弧增材制造技术的相关研究工作仍主要聚焦于试验研究阶段,并未深入到成形机理的探究。该领域的研究工作应更深入、系统地从成形尺寸精度控制、控制气孔缺陷、组织演变规律及性能优化等角度展开,力求加速推进该技术在现代制造业的应用。

关键词： 复合成型技术   系统设计   设备研发   增/减材加工  

摘要： 研发了集弧焊增材与机加工减材于一体的增/减材复合成型系统。该系统由主控部分、增材部分、减材部分、换刀机构、设备基础部分和辅助机构6部分组成。将运动机构和数控系统集成起来执行增材、减材加工的运动轨迹;将焊炬设置为一把刀具,换刀系统既可以更换刀具库中的刀具,也可以更换焊炬;选用具有CMT功能的电源设备和具有多种焊丝直径的送丝机构;开发了以工控机为主的主控制系统。通过加工样件和修复报废零件,所开发的设备具有增/减材复合加工、低成本、快速制造的能力,并且可以满足零件的多种加工要求。