关键词： 等离子弧   填丝增材制造   尺寸建模分析  

摘要： 基于二次回归通用旋转组合试验,设计了单道多层直壁体的等离子弧填丝增材制造试验,建立了电弧增材制造堆覆层宽度关于堆覆电流、堆覆速度以及送丝速度的二次回归模型,有效预测了堆覆层宽度。试验结果表明,上述3个参数对堆覆层宽度的影响为堆覆速度最大,堆覆电流次之,送丝速度对堆覆层宽度的影响最小;不考虑送丝速度的影响,堆覆电流与堆覆速度相互作用下对堆覆层宽度的影响大小为:大电流(134 A^140 A)低堆覆速度(20 cm·min^(-1)~24 cm·min^(-1))>小电流(110 A^116 A)高堆覆速度(36 cm·min^(-1)~40 cm·min^(-1))>大电流(116 A^134A)高堆覆速度和小电流低堆覆速度>中等电流与中等堆覆速度(24 cm·min^(-1)~36 cm·min^(-1))。

关键词： 增材制造   Inconel   625合金   固溶处理   微观组织  

摘要： 采用GTAW电弧增材制造工艺进行了Inconel 625合金薄壁试样的制备,并研究了焊后固溶处理对Inconel625合金GTAW电弧增材制造组织和力学性能的影响.结果表明,增材试样的微观组织以柱状树枝晶为主,且晶粒生长方向呈现与焊接方向近似垂直的定向生长,同时发现,增材试样组织中主要存在Laves(Ni,Fe,Cr)_2(Nb,Ti,Mo)相和MC型碳化物两种析出相.经过680℃固溶处理,Laves相中Nb,Mo元素开始向基体中扩散,从而在Laves相附近析出针状δ相,随着固溶处理温度增加,Laves相溶解量增加,Laves相附近针状δ析出量明显增加,当固溶处理温度增加至1 080℃时,大量Laves相溶解,仅剩少量细小颗粒呈弥散状分布,大量Nb,Mo元素向基体中扩散,使得δ相消失.

关键词： 增材制造   Ti-6Al-4V合金   丝材   组织形貌   力学性能  

摘要： 以Ti-6Al-4V丝材为原料,电弧为热源将钛合金丝材进行熔融,逐层堆积,用快速增材制造技术制备钛合金,并对合金的凝固过程、组织形貌和力学性能进行分析。结果表明,在丝材电弧增材制造过程中,开始堆积的1~2层为柱状晶,随后的堆积层则以等轴晶的方式生长。而且电弧的高热量输出,使得每个堆积区-熔合区-堆积区得到了有效的冶金结合,没有明显的界面和钛马氏体,各区域的显微组织均为稳定的α+β片层组织以及接近的显微硬度值。与铸态Ti-6Al-4V合金相比,电弧增材制造的钛合金不仅初始β晶粒细小,而且α+β片层间距也较小,其抗拉强度相比铸态提高3.6%,延伸率提高37%,拉伸断口为韧窝状的韧性断裂,与铸态合金存在一定撕裂棱的准解理断口形貌差异明显。

关键词： 电弧增材成形   横向磁场   传热传质  

摘要： 为了揭示外加横向磁场对电弧增材成形过程中电弧和熔池传热传质以及成形件微观组织影响的内在机理,建立基于GMAW电弧增材成形过程中电弧和熔池的弱耦合数值模型,通过数值模拟对比分析了有/无外加横向磁场作用下熔池电磁力分布、电弧和熔池传热传质的差异,发现横向磁场作用使电弧向熔池后方偏转,使熔池发生单向强制对流并驱动熔融金属和热量向熔池后方运动,从而更加直接地冲刷熔池结晶面。由此预测横向磁场作用能降低熔池凝固过程中枝晶前沿温度梯度和溶质浓度,提高枝晶前沿的成分过冷,使得靠近熔池中心的枝晶前端生长加速并细化晶粒。相同工艺条件的对比试验表明:相比无外加磁场的普通熔积,横向磁场作用下熔池底部等轴晶区域减小,整个结晶面上细密的胞状枝晶区域面积增大,验证了数值模拟的预测。研究结果可为外加磁场在电弧增材成形微观组织控制中的应用提供依据和参考。

关键词： Al-Cu-Mg合金   电弧增材制造   成形   组织   热处理   力学性能  

摘要： 受限于铝合金商业丝材的种类,目前铝合金电弧增材制造技术研究主要集中于二元铝合金方面。本研究团队采用双丝电弧增材制造工艺,获得了不同合金组分的三元Al-Cu-Mg铝合金构件,并针对其成形、组织及力学性能等方面进行研究。结果表明:通过合理控制过程工艺参数,可获得良好构件成形;通过控制合金元素组分,可以实现对构件力学性能的有效调控;热处理工艺可以进一步提高构件的力学性能,为深入研究多元铝合金电弧增材制造奠定了基础。

关键词： 增材制造   TIG电弧   316不锈钢   规律  

摘要： 为探求316不锈钢TIG电弧增材制造最佳成形参数,采用不同焊接工艺参数对316不锈钢焊丝进行单道多层墙体成形,试验通过改变焊接电流和焊接速度,考查不同最佳成形参数下316不锈钢墙体的显微组织和硬度。结果表明,焊接电流和焊接速度为正相关关系,随着焊接电流的增大,焊接速度也应相应提高,才能保证稳定的焊接成形。在试验参数变化情况下,焊接速度对墙体高度的变化起主要作用,焊接电流和焊接速度均对墙体的宽度有较大影响。相比焊接速度的提高,焊接电流的减小可以更为有效降低墙体的热量集中,减少有益元素烧损。墙体的微观组织主要是柱状树枝晶,热影响导致晶粒不同程度粗化,冷却速度的不同使奥氏体组织中分布不同含量的铁素体,微观组织中可以观察到明显的重熔区域和非重熔区域,非重熔区域的组织出现明显方向性。

关键词： 电弧增材制造   三维测量   线结构光   熔积层形貌  

摘要： 针对电弧增材制造过程中熔积层形貌信息的实时检测问题,开发了基于线结构光的熔积层形貌三维测量系统。建立了测量系统的数学模型,利用MATLAB标定工具箱并采用锯齿靶标法,得到测量系统的内外参数;将自适应阈值法与灰度重心法相结合,优化激光线条纹中心提取算法;通过数控机床的运动实现对熔积层形貌的三维测量。试验结果表明,熔积层形貌三维测量系统高度方向测量误差小于量程的0.4%,配套的三维测量软件能实时将熔积层形貌信息反馈给路径规划软件,为堆铣复合成形提供有效的数据支持。

关键词： CMT   电弧增材制造   回归分析   焊道尺寸预测  

摘要： 焊道的形貌尺寸直接影响电弧增材制造(WAAM)工件的成形精度。采用回归分析方法预测CMT焊道的宽度(W)和余高(H),结果表明,回归分析计算宽度和余高的绝对误差最大值分别为0.16 mm和0.17mm,均在误差可控范围之内,可以为船用高强钢CMT电弧增材制造工艺提供数据参考。另外,回归方程可有效预测单一参量对焊道尺寸的影响趋势。

关键词： 电弧增材制造   退火工艺   组织   力学性能  

摘要： 采用了不同退火温度对5B06电弧增材制造结构件进行了后处理工艺试验,并对退火热处理后材料的组织与力学性能进行了分析与研究。结果表明：5B06铝合金电弧增材组织为铸造组织,平均晶粒尺寸约为40～80μm,晶粒的形态分布不均匀,层间搭接部位为柱状晶,层内部为等轴晶,组织特征具有明显的各向异性。250℃以下退火对5B06电弧增材制造材料强度影响不大,但能使其塑性提高;280℃以上退火使5B06电弧增材制造材料强度与塑性明显降低,原因是晶粒的长大以及第二相质点聚集与球化。

关键词： 增材制造   钛合金   残余应力   裂纹扩展   有限元模型  

摘要： 采用电弧增材制造方法制备了含增材/基材界面钛合金板,采用轮廓法测量了其残余应力分布。建立了模拟紧凑拉伸(C(T))试样加工和裂纹扩展过程中残余应力发展的有限元模型,缺口状态C(T)试样内残余应力分布与轮廓法测试结果吻合良好。采用该模型讨论了试样内残余应力随裂纹扩展的变化规律及对裂纹扩展的影响。试验和数值分析结果表明:2种类型试样缺口状态的残余应力分布有很大差别,A类试样(缺口位于基材)残余压应力区域靠近缺口根部,C类试样(缺口位于增材)残余压应力区域远离缺口根部;A类试样内残余应力随裂纹扩展迅速释放,残余应力引起的应力强度因子较小;C类试样内残余应力随裂纹扩展变化较小,残余应力引起的应力强度因子较高,降低了疲劳裂纹扩展寿命。