关键词： 304不锈钢   电弧增材制造   有限元模拟   残余应力   微观组织   显微硬度   高温拉伸试验  

摘要： 电弧增材制造是一种基于三维CAD模型,将三维模型进行分层处理后,利用电弧作为热源熔化丝材进行逐层制造的一种新的制造方式。电弧增材制造技术相比传统制造技术如:铸造和机械加工,其具有较大的材料利用率,可以减少产品生产周期和生产成本;又可以在任何条件下进行制造或对产品进行修复。因此电弧增材制造受到越来越多的企业及科研人员的高度重视。本文对不同结构的304不锈钢电弧增材制造构件的残余应力演变、微观组织性能及高温力学性能进行研究,主要研究内容如下:(1)通过CLOOS机器人及窄间隙MIG焊系统进行制造,进行摆动电弧圆环壁及直壁增材制造试验、非摆动电弧直壁及圆环壁增材制造试验、多层多道电弧增材制造试验并得到成型完好的成型构件。(2)对304不锈钢电弧增材制造过程中的温度场变化趋势,及应力场的演变建立了基于***软件的电弧增材制造有限元模型,得到增材制造过程中温度场变化,发现电弧增材制造过程中电弧加热会引起已增材制造层的部分重熔,此作用只影响前一层,随着熔覆层增加热积累效应越来越不明显。等效应力随着热源加热后金属的冷却迅速升高到一个峰值,随着下一层热源加热会迅速降低到一个谷值,随着下一层热源的离开,等效应力又会达到一个峰值,由于热积累效应存在每一层的增材制造会对已经增材制造层起到热处理的效果,已经增材制造层的应力值逐渐降低,最终随着电弧增材制造结束,温度冷却到室温后形成残余应力。(3)对304不锈钢电弧增材制造构件的残余应力进行测量,其中每增材制造三层后冷却到室温再基于盲孔法进行残余应力的测量,随着层数的增加,基板对增材制造层的拘束作用逐渐降低,使得残余应力随着层数的增加呈下降趋势。(4)对304不锈钢电弧增材制造成型构件的纵截面进行了微观组织分析,其微观组织主要由奥氏体和残余铁素体组成,微观组织形貌主要由不同形貌的树枝晶构成,随着电弧增材制造的层数增加,距离基板的距离增加,增材制造层的冷却速率及温度梯度逐渐减小,微观组织形貌由胞状铁素体向骨架状铁素体转变。(5)电弧增材制造试样的显微硬度值均超过200HV,高于热轧304不锈钢的显微硬度。高温拉伸试验结果表明,Z轴的屈服强度低于X轴和Y轴,但是其余的高温力学性能在三个坐标方向基本一致,其中拉伸强度超过于热轧304不锈钢;

关键词： 分层交叠结构   电弧增材制造   低合金高强钢   微观组织   力学性能  

摘要： 本文基于GMA电弧增材制造技术,仿天然贝壳珍珠层“砖-泥”结构,以制备抗冲击性能优异的增材结构件。本文以ER130S-G高强钢为主要研究对象,分析增材工艺成形特性、层道组织及力学性能,开展单道沉积成形特性和尺寸调控、多道搭接工艺,以及分层交叠结构件组织性能研究。针对高强钢单道沉积,制定工艺参数窗口,获得成形良好的工艺规范区间。通过Design-Expert软件,以送丝速度、电弧运动速度、摆动幅度为输入变量,以沉积焊道高度和宽度为输出变量,采用传统的二次回归建立沉积焊道高度和宽度与输入变量之间的二次回归方程。得出送丝速度对焊道成形尺寸影响最显著。高强钢多道搭接工艺试验研究,研究道间搭接率、冷却温度以及送丝速度对其成形、组织以及力学性能的影响。结果表明,高强钢搭接后组织可分为未受热区主要由针状铁素体和粒状贝氏体;受热区主要由针状铁素体+少量粒状贝氏体+板条马氏体的混合组织。在搭接率为45%,冷却温度150℃,送丝速度6.0m/min时获得力学性能最佳。最后,仿照天然贝壳珍珠层的结构特征对不同层数比例的高强钢与不锈钢进行多层多道分层交叠结构试验。异材交界处金相分析,高强钢组织主要为马氏体和贝氏体,由细晶区向粗晶区过渡,不锈钢组织主要为奥氏体与铁素体。在沿着焊道与垂直焊道两个方向上,与纯不锈钢相比,高强钢-不锈钢异材分层交叠结构抗拉强度明显提升。当不锈钢与高强钢之比为1:3时,抗拉强度最高可达1119.54MPa。通过添加一定比例的不锈钢,不论在正面或者侧面冲击,异材分层交叠结构的冲击性能均得到提高。其中不锈钢与高强钢之比为1:1时,抗冲击性能改善最明显,正面冲击韧性提升74.24%,侧面冲击韧性提升66.98%。

关键词： 双热填丝   等离子电弧   增材制造   组织性能  

摘要： 丝材增材制造工艺以金属丝材为填加材料,具有生产成本低、成形精度高等特点,在生产制造大型零件方面具有显著优势。本论文基于等离子电弧增材制造工艺,将其与双填丝技术和热丝焊接技术结合,提出一种新型双热填丝等离子电弧增材制造(Double Hot-Wire and Plasma arc Additive Manufacturing,DHW-PAM)工艺。以高氮钢丝材和308L不锈钢丝材为填加材料,进行了热填丝与冷填丝增材对比试验的研究,并深入探究了堆敷速度和填丝工艺在成形效率、显微组织和力学性能等方面的影响规律。首先进行了DHW-PAM系统的设计与构建。在原有等离子电弧增材制造系统的基础上,采用二套可独立调节的送丝装置送进丝材,并采用二台恒流电源进行丝材加热,从而构成精密灵活可控的双热填丝增材制造装置。在焊接电源电流电压监测系统上重新设计了热丝电流电压监测模块和增材过程层间温度检测模块以及监控和查询软件,完善了过程监控系统。设计的DHW-PAM系统满足双热填丝增材制造的需求,能够对双热填丝增材过程进行实时监测与过程特征判别,实现工艺规范优化。然后进行高氮钢单冷填丝和单热填丝增材对比试验研究,探究高氮钢单热填丝工艺特性。试验将相同堆敷速度成型的单冷填丝和单热填丝试样进行对比,发现单热填丝工艺的成形效率是单冷填丝工艺的2.02倍。力学性能检测发现单热填丝增材试样的抗拉强度略有降低,但仍然达到1086 MPa,是母材抗拉强度的99.6%。结果表明单热填丝工艺不仅能够将高氮钢增材的成形效率提高到2倍以上,还能保持较高的抗拉强度。再以308L不锈钢丝材为填加材料进行不同堆敷速度的单冷填丝和单热填丝工艺对比试验。试验发现,在不改变其它参数的情况下,单热填丝工艺能够有效降低焊丝损失量,并将成形效率提高到2.05倍。显微组织观察表明,单热填丝工艺将显微组织的晶粒尺寸从10.41μm、9.42μm和8.37μm细化到9.98μm、8.71μm和7.62μm。对比发现,单热填丝工艺不但可以提高增材制造的成形效率,并且能细化不锈钢的显微组织晶粒。最后对不锈钢DHW-PAM工艺的特点进行深入探究。试验发现,与双冷填丝工艺相比,双热填丝工艺对堆敷速度更为敏感,工艺范围较小。对比可知,DHW-PAM工艺的成形效率是单冷填丝工艺的3.89倍、双冷填丝工艺的2.10倍。显微组织分析发现,该工艺能够获得更细小的显微组织,且增材试样的抗拉强度和延伸率都略有提高。结果表明,与单冷填丝和双冷填丝增材工艺相比,DHW-PAM工艺可以大幅度提高增材制造的成形效率,同时还能进一步细化晶粒、略微提升增材试样的拉伸性能。

关键词： CMT增材制造   GH4169高温合金   成形行为   显微组织   力学性能  

摘要： 电弧增材制造技术是一种以普通焊接电源为热源、丝材材料同步送进熔化凝固成形为主要技术特征的增材制造技术,该技术更加适合大中型金属构件无支撑、快速、数字化成形。电弧增材制造技术与铸造、锻造、车铣等传统加工制造技术的成形原理差异较大,在成形过程中材料的物理化学冶金反应过程较为复杂,电弧作用下丝材熔化凝固的堆积成形与合金组织的变化特征关系密切。开展CMT电弧增材制造GH4169高温合金成形特性及组织性能研究,有助于深化GH4169高温合金在电弧增材制造过程中的成形控制以及对组织演化、力学性能的理解。本论文采用CMT焊机“非一元化功能”方法对单道熔覆层的成形进行了研究。CMT电流波形中短路电流持续时间、短路电流大小对熔覆层铺展性有较大影响,CMT模式下熔覆层与基板的润湿性较差。在此基础上进一步探究了CMT模式、CMT+Pulse模式下工艺参数对熔覆层成形的影响,CMT模式下焊接速度(TS,Travel speed)越大、送丝速度(WFS,Wire feed speed)越大,熔覆层的铺展性越差;CMT+Pulse模式下,较大的焊接速度、送丝速度,熔覆层的铺展性越好。单道熔覆层成形铺展性研究试验表明,基板温度越高,单道熔覆层在基板上的铺展性越好,当基板预热温度从100℃增加至400℃时,熔覆层的宽度增加了约2mm。焊丝干伸长度越小,电弧作用在基板上的功率密度越大,越有利于熔覆层的铺展,焊丝干伸长度由10.5mm减小至6.5mm时,电弧高度减小,熔覆层的宽度增加了约1.1mm,当焊丝干伸长度继续减小至5mm,电弧底部作用在熔池的面积减小,熔覆层的宽度有所下降。薄壁逐层成形试验表明,当成形层数较大时,熔覆层顶部的热积累较大,熔覆层层与层之间的搭接变化较大,成形薄壁的均匀性下降。在薄壁成形的逐层沉积过程中,熔覆层的边界形状主要受成形温度以及焊丝干伸长度影响。焊丝干伸长度一定,成形温度较低时,熔覆层形状较为对称、一致时,成形薄壁的表面质量较好,成形误差小于0.2mm;焊丝干伸长度不变,成形层间温度越高,熔覆层宽度越大,高度越小,熔覆层形状差异较大,其中较高温度下每层熔覆层在电弧作用下的熔覆量越大,最大熔覆层熔化量约为66%。显微组织分析结果显示,CMT电弧成形GH6169合金的微观组织演变主要表现为柱状晶的生长方向、一次枝晶臂间距及Laves相,沉积态组织总体表现为外延生长的柱状晶。成形薄壁的散热方向主要沿着沉积方向,粗大的柱状晶贯穿整个熔覆层,沉积层数越高,一次枝晶间臂越大,Laves相的取向特征越明显,其中一次枝晶间臂最大约为23μm;成形块状试样的熔覆层散热能力较强,散热方向与沉积方向呈一定的夹角,柱状晶的生长方向差异较大,其中一次枝晶间臂最大约为13.70μm。室温拉伸性能研究表明,CMT电弧增材制造GH6169合金薄壁及块状试样具有各向异性特征,成形薄壁试样沉积方向的抗拉强度最大,为774MPa,伸长率为27%;成形块状试样横向抗拉强度最大为1099MPa,伸长率为18%。沉积态抗拉强度主要受柱状晶的生长方向、Laves相、一次枝晶臂间距影响,成形薄壁试样柱状晶生长方向基本与沉积方向平行,Laves相对沉积方向的晶粒钉扎作用更明显;成形块状试样柱状晶生长方向取决于搭接策略影响下的散热条件,横向拉伸时,Laves相对沿沉积方向晶粒的钉扎使材料的强度更大,塑形更差。热处理试验结果显示,固溶温度越高、时间越长,柱状晶晶界的迁移越明显,Laves相的溶解程度越高;热处理后块状试样的各向异性低于成形薄壁的各向异性,成形GH4169合金薄壁水平方向试样的抗拉强度最大为1085MPa,伸长率约为30%,沿沉积高度方向试样的抗拉强度最大为1222MPa,伸长率约为30%;成形GH4169合金块体沿水平方向试样的抗拉强度最大为1367MPa,伸长率约为18%,沿沉积高度方向试样的抗拉强度最大为1330MPa,伸长率约为17%。

关键词： 电弧增材   形貌检测   预测模型   视觉传感   点云   XGBoost算法  

摘要： 电弧增材制造(Wire and Arc Additive Manufacturing,WAAM)是一种典型的金属增材制造工艺,由于其具有生产效率高,制造成本低,成形件力学性能优异等优点,在大型金属零部件的一体化成形中具有广泛的应用前景。然而由于电弧成形过程易受到工艺参数,热积累等多方面因素的影响而使得电弧增材制造的成形精度较低,其成形精度控制一直是研究的重点和难点。本文基于激光视觉传感技术搭建了一套电弧增材制造成形信息检测系统,对电弧增材制造成形过程熔敷道形貌尺寸的检测和预测进行了研究。首先,本文基于激光视觉传感器搭建了一套机器人电弧增材制造与成形信息检测系统,该系统能实现对电弧增材成形过程中熔敷道的形貌特征信息进行检测,并能根据成形参数信息对熔敷道形貌进行预测。通过利用视觉传感系统采集获得的反映熔敷道形貌的点云数据,研究了一套点云数据处理算法,包括基于邻域平均的统计滤波算法实现了点云数据降噪,基于贪心搜索算法实现了点云坐标矩阵旋转校正,基于八叉树的点云切片搜索算法获得了成形件截面轮廓等,该算法对点云数据处理效果较好,且具有较高的鲁棒性。设计了基于一阶高度差分与二阶高度差分结合的熔敷道特征点选取算法。对比选取了二次多项式函数进行熔敷道表面轮廓曲线拟合。针对系统存在的检测误差,结合熔敷道金属熔敷截面积进行了误差修正。利用XGBoost算法构建了由层间温度,熔敷电流,熔敷电压,熔敷速度到熔敷道形貌的预测模型,解决了预测模型中训练样本少,模型易过拟合的问题,结果表明预测算法的平均相对误差1.25%,具有较高的预测精度。针对多层单道与多层多道电弧增材制造,进行了视觉检测系统的精度验证实验。实验结果表明,视觉检测系统的平均检测误差为0.25mm。

关键词： 铜铝合金   冷金属过渡   电弧填丝增材制造   深冷处理   微观组织   力学性能  

摘要： 冷金属过渡(Cold metal transfer,CMT)技术是电弧填丝增材制造(Wire arc additive manufacturing,WAAM)技术的一种,其具有材料利用率高、沉积效率高、无飞溅、热输入量低等优点。与传统的制造方法相比,在改善成型件性能的同时,可实现高性能金属零件经济快速成形。铜铝合金复合材料具有良好的导电导热性、耐腐蚀性,高强度和高延展性等优点,可制成功能梯度材料来满足不同的需求。具有广阔的应用前景,已被广泛应用于航空航天、船舶制造等领域。目前,铜铝合金的制造主要采用真空感应熔炼,电弧熔炼,球磨等粉末冶金工艺和固液复合浇注技术。通常对外部环境要求较为严格,这相对增加了制造成本;金属粉末的价格比填充丝材高。另外,这些工艺不适合生产几何形状复杂的零件,而且会产生粉末颗粒未完全熔化等缺陷,降低成形件质量。因此,低成本、高效率的铜铝合金的电弧填丝增材制造技术受到人们的青睐。本文提出一种新的稳定的可行的双丝增材制造的方法来制造铜铝合金。采用基于冷金属过渡技术的电弧-双丝增材制造(CMTWAAM)系统,通过两个送丝机的协调工作,将商用的铜焊丝Cu Si28L和铝焊丝ER4043沉积到同一个熔池中,并验证双丝电弧增材制造的可行性。首先通过调节制造过程中工艺参数,分析各工艺参数对单层单道焊缝成形质量的影响,并最终确定一组具有良好成形效果的工艺参数。运用所选的工艺参数进行双丝电弧增材制造铜铝合金实体墙,并通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、电子背散射衍射(EBSD)等分析沉积层的微观组织。分析多层多道沉积实体墙:在不同的沉积位置观察到不同的微观结构,微观结构的变化取决于沉积过程中的热累积和热循环。沿垂直方向的力学性能之间的极限抗拉强度仅相差15 MPa,屈服强度仅相差10 MPa,伸长率相差2%;下部,中上部和上部的平均显微硬度分别为217.1 Hv,226.8Hv和221.4 Hv,金属间化合物的存在会导致显微硬度的波动;在沉积样品的不同高度区域检测到四种相;在垂直方向上的试样表现出较优的力学性能,断面呈现混合断裂的特征。对比研究不同深冷处理时长,铜铝合金的组织与性能。结果表明:深冷处理能够改善铜铝合金材料的性能;在本论文工作中,深冷12小时能取得较优的性能和经济效益,相对较高的强度和较优的延展性。是由于深冷处理后形成相对较小的晶粒和在深冷处理过程形成的随机织构。影响机理:深冷处理后,晶粒得到细化导致晶界面积增加,增强了抵抗变形的能力,从而提高了强度。

关键词： 激光约束电弧   增材制造   电弧尺寸   熔池尺寸   堆积层   表面粗糙度  

摘要： 电弧熔丝增材制造技术是一种根据零件的三维模型,通过逐层堆积的方式,使用电弧作为热源熔化金属丝材得到构件的制造技术。其成形速度快,适用于大型、复杂构件的高效率、低成本的近净成形。然而电弧熔丝增材制造成形零件表面粗糙度高是亟待解决的问题。本文研究了激光对不同工艺参数下电弧形貌及尺寸的影响,优化了激光与丝材末端电弧的间距。分析了激光对熔池稳定性、堆积层形貌、构件表面粗糙度的影响规律。（1）激光可以约束稳定电弧。采用高速摄像系统观察激光作用于电弧前后的形貌变化,并利用图像处理软件测量电弧的尺寸,分析不同工艺参数下,电弧尺寸的变化。小规范参数（I=90A）时,激光与丝材末端电弧最适宜间距DLA为1mm,中规范参数（I=130A）时,激光电弧最适宜间距DLA为2mm,大规范（I=170A）时,激光电弧最适宜间距DLA为3mm。（2）激光可以提高熔池稳定性,减小熔池尺寸的波动,使得堆积层成形形貌更加齐整。采用高速摄像系统观察了熔池及电弧,用图像处理软件测量熔池及同一时刻电弧的尺寸,用三维测量系统测量堆积层的轮廓。相比于MAG作用而言,在不同规范参数下,由于激光对电弧的约束作用,使得电弧尺寸波动减小,相应的熔池尺寸更加稳定,堆积层的齐整度提高。此外验证了电弧与熔池及堆积层成形形貌具有密切关系,电弧尺寸波动越大,熔池尺寸波动也会越大,堆积层越不齐整。相反,当电弧越稳定时,熔池尺寸越稳定,堆积层越齐整,成形形貌越好。（3）激光作用于电弧后,电弧增材制造构件表面粗糙度减小,表面质量接近砂型铸造铸件的水平。相较于MAG作用而言,激光作用于电弧后,小规范（I=90A）参数下构件表面粗糙度Ra值由150.18μm降低到53.52μm,中规范参数（I=130A）下,构件Ra值由71.33μm降低到41.50μm,大规范参数（I=170A）下,构件Ra值由110.16μm降低到82.35μm。

关键词： 电弧增材   5356铝合金   成型件形貌   组织性能   塑性应变硬化行为  

摘要： 电弧增材制造技术是一种以电弧为热源,逐层堆焊实现成型的新技术,是大尺寸复杂结构件的低成本、高 快速近净成型的有效方法,在航空、航天、汽车及能源等工业领域具有十分广阔的应用前景。本文以电弧增材制造5356铝合金结构件为对象,研究成型工艺参数对增材结构件形貌质量、组织性能的影响,在优选工艺参数的基础上实现了封闭结构件成型,并对成型件进行了相关性能试验,研究了成型件的塑性压缩应变硬化行为,具有重要的理论意义和应用价值。研究了电弧形态对熔池及成型件形貌的影响,采用二次回归通用旋转组合设计方法,建立了焊接线能量、送丝速度、层间温度等工艺参数下焊道宽度和层高的预测模型,可以实现成型件宏观形状尺寸的有效控制。研究了成型工艺参数对成型件组织和性能的影响,建立了实现形貌和性能控制的工艺参数优化方法,根据成型过程中的焊枪姿态和起弧、熄弧点位置完成了成型路径的规划,确定了成型件各层、各道电弧增材最优工艺参数,实现了优选工艺参数下封闭结构件的良好成型,并对实际成型件宏观形貌尺寸特征与工艺参数之间的关系进行了研究。进行了不同应变速率和不同变形温度下成型结构件的压缩试验,获得了不同变形条件下电弧增材成型件组织演变规律,分析了应变速率和变形温度对成型件塑性压缩应变硬化行为的影响,为铝合金电弧增材制造成型结构件形貌尺寸设计和塑性应变硬化行为分析提供了重要参考。

关键词： 电弧增材制造   5356铝合金   有限元温度场模拟   电弧视觉检测  

摘要： 铝合金薄壁壳体零部件在航空、航天等领域有着广泛的应用,但其加工时往往90%的材料被去除,对铝合金材料和刀具材料造成了极大的浪费。近年来,增材制造技术的发展为这一问题的解决提供了新的思路。电弧增材制造(Wire Arc Additive Manufacturing,WAAM)以逐层堆积的方式直接成形零件的近净形状,具有低成本和高沉积速率的优点,是金属零件直接成形的重要研究方向。本文以钨极惰性气体保护焊(GTAW)技术为基础。在零件成形控制研究中,提出通过视觉检测和反馈控制电弧长度的方法,实现电弧检测和成形控制,并设计了电弧长度视觉检测及反馈控制模块。试验结果证明,该方法能够有效的控制电弧长度,保证沉积丝材和熔池过渡状态的一致性。在增材制造系统搭建的基础上,本文结合单层单道沉积层的尺寸和有限元温度场模拟,通过正交试验的方法,研究了脉冲周期和沉积工艺参数(峰值电流、沉积速度、送丝速度)对沉积层尺寸的影响,确定5356铝合金增材制造的工艺窗口。进行了薄壁框架沉积层的工艺试验,通过光学显微镜观察了薄壁框架沉积层的气孔分布和显微组织,并利用图像统计方法研究了沉积层气孔和晶粒的分布规律,分析了成形过程中峰值电流占比和层间冷却时间对气孔和晶粒的影响。结果表明,薄壁框架沉积层晶粒随沉积方向增加逐层细化;当热输入较大时,气孔尺寸和数量明显增加。在力学性能方面,通过纳米压痕仪测试了薄壁框架沉积层不同沉积高度的晶粒硬度。结果表明,硬度随沉积层高度的增加而增加。通过拉伸试验机测试了薄壁成型件的力学性能。试验结果表明,GTAW工艺增材制造的5356铝合金薄壁件拉伸强度为230±10MPa,延伸率在16%左右,其力学性能与拉拔成形的同质材料近似。对拉伸断口进行观察,结果表明,薄壁成型件的断口形貌为均匀分布的韧窝,符合韧性断裂特征,说明成形件塑性性能较好。

关键词： 电弧沉积   CMT   滑动轴承材料   铜/钢双金属带   梯度耐磨材料  

摘要： 为了突破我国在高承载薄壁轴瓦材料方面的技术瓶颈,本论文针对我国铜/钢双金属采用固相复合存在的问题,以及借鉴国外铸轧工艺等液相复合技术的优势,首次采用了电弧沉积技术制备“钢背/铜合金/锡基合金”的多层耐磨材料。论文首先研究了S215铝青铜,SCu5210锡青铜和CuSn8Al0.5锡青铜三种合金冷金属过渡（CMT）及短路过渡两种熔化极惰性气体保护电弧沉积的基本工艺方法,在获得沉积层组织演变规律的基础上,选用CMT技术在薄板上电弧沉积锡青铜以获得铜/钢双金属带材,解决了大宽厚比沉积层熔覆的稀释率和气孔等问题。最后在铜合金上CMT沉积了锡基合金,制备了“钢背/铜合金/锡基合金”的多层耐磨材料。主要研究结果如下:CMT工艺下,由于热输入量低,Fe的稀释现象不明显。但采用短路过渡工艺沉积时,各成分沉积层都有明显的Fe元素稀释现象。由于Fe在铜中的溶解度较低,在沉积层中以颗粒形式析出。三种成分的沉积层中,Fe在CuSn8Al0.5中扩散的速度最快,形成的颗粒相最多。在厚板上沉积铜合金时,S215铝青铜由于流动性好,沉积层不会产生气孔。SCu5210锡青铜在采用CMT工艺时,由于热输入小,冷却速度快,形成少量气孔,增大热输入会导致大量气孔形成,少量Al的加入有效改善了锡青铜中形成气孔倾向。一般情况下,热输入增大有利于提高双金属层间结合强度,S215铝青铜/45钢层间结合强度均高于400MPa。只有在沉积层中出现较多气孔的情况下,结合强度偏低,主要是因为此时铜沉积层的抗拉强度下降明显。制备铜/钢双金属带材需要获得具有大宽径比和表面平整的沉积层,CMT工艺的成型性能比短路过渡更具优势。此外,CMT工艺降低了热输入,对于缩短沉积层凝固时间、抑制气孔、降低Fe的稀释都有良好的效果,是更适宜在钢表面进行铜层电弧沉积的优选方案。在沉积电流较低时（60-90A）,SCu5210和CuSn8Al0.5沉积层均获得了树枝晶组织,SCu5210为α-Cu树枝晶间偏析的（α+δ）+Cu3P和α+Cu3P组织,CuSn8Al0.5为α树枝晶间偏析的（α+δ）组织。随着电流的增大（100-110A）,SCu5210及CuSn8Al0.5的树枝晶形貌逐步消失。随着沉积电流的增加,35钢钢背靠近沉积层的组织铁素体含量减小,珠光体含量增加,硬度相应增加,钢板的拉伸强度和屈服强度升高,伸长率下降。当电流过大（110A）时,奥氏体晶粒长大,高冷却速率和粗大的晶粒促使铁素体从晶界处形成侧板条,从而形成魏氏体组织,其拉伸强度、屈服强度和伸长率的值急剧下降并且显示出显著的脆性断裂。对于Sn90.5Sb9.5的沉积层组织,在电流较低（50-90A）时,均为单相α-Sn晶粒;随着电流的增大（100A）,组织为黑色α-Sn基体上分布着针状及星状的Cu6Sn5相,Cu6Sn5相的存在使沉积层硬度得到提升。