关键词： 增材制造   TIG电弧   弧长   特征信号   数值模拟  

摘要： 电弧作为增材制造中熔化填充金属材料的热源,涉及到大量的热、力、声等物理特征信息,这些信息体现了电弧的动态行为特征,反映了电弧增材制造过程中金属沉积的宏观结构变化特征。本文建立了TIG电弧增材制造的电弧信息检测分析系统,对电弧力、电弧热、电弧声波以及电弧图像等特征信息进行实时采集,研究了不同电弧参数下的电弧热、力学以及声波信号特征,并对TIG电弧的温度场和电磁场进行了数值模拟。此外,基于电弧声波信号检测系统,分析了电弧弧长渐变条件下声波信号波形特征,运用高通滤波和小波分析方法提取电弧弧长变化下的极值曲线,建立了声波信号与电弧弧长的数学模型,并对不同电弧电流条件下定弧长和变弧长的电弧弧长模型进行验证并作误差分析,以实现了对TIG电弧增材制造过程中电弧弧长的预测。研究结果表明,TIG电弧压力在弧柱中心轴线处最大,并沿径向基本呈对称分布;通过建立热量计系统可计算出金属母材对电弧的热吸收能量和热源效率;电弧电流、电弧弧长与电弧压力、电弧热输入能量存在密切相关性。利用TIG电弧作为增材制造热源,以电弧弧长在3mm7mm变化范围内进行金属熔滴沉积,发现金属沉积层的高度和宽度随着电弧弧长变化有所改变,说明了电弧弧长对沉积层宏观形貌的影响。随着电弧弧长增加,电弧峰值压力呈逐渐减小的趋势,金属对电弧热的吸收能量和热源效率则有所提高,其中弧长在4mm时热源效率最为稳定。TIG电弧的温度场和电磁场数值模拟结果表明,随着电弧弧长的增加,电弧沿径向温度呈递减分布,热源半径逐渐增加,电流密度和电弧电压分布体现出各自的能量分布特性。在定弧长和变弧长条件下采用高通滤波和小波分析方法建立声波信号与电弧弧长的数学模型,弧长的模型计算值均可以接近实测值,从而为电弧增材制造中通过检测声波信号预测和控制电弧弧长奠定了理论基础。

关键词： 电弧增材制造   不锈钢   组织   力学性能  

摘要： 选用准0.8 mm的2Cr13不锈钢焊丝为成形材料,在低碳钢基板上进行TIG电弧填丝增材制造成形,分析了不锈钢成形件的显微组织和力学性能。结果表明:电弧增材制造成形件满足2Cr13不锈钢的化学成分要求,组织主要为细小的针状马氏体,硬度分布均匀,综合力学性能良好,抗拉强度为651 MPa,伸长率为30%,冲击功为85.18 J。

关键词： 电弧增材制造   高氮钢   显微组织   力学性能  

摘要： 研究了焊接电流、焊接速度对TIG电弧增材成形高氮钢直壁体的成形质量以及力学性能的影响。结果表明:焊缝宽度和焊缝高度与焊接速度成反比,与焊接电流成正比;当焊接电流为178 A,焊接速度为0.28 m/min,送丝速度为1.9 m/min时,直壁体成形质量最佳。TIG堆焊成形结构件的显微组织呈自下而上连续生长,且晶粒尺寸自下而上逐渐减小,无气孔、夹杂等宏观缺陷。直壁体结构件的硬度沿堆积方向的变化区间为300~320 HV;结构件沿堆焊方向的室温抗拉强度可达1070 MPa,伸长率为24.5%,强度和塑性指标均接近热轧和铸造性能指标。

关键词： 电弧增材制造   等离子弧   设备   工艺  

摘要： 电弧增材制造克服了以激光、电子束做热源的增材制造设备造价和运行成本高的问题,成为金属增材制造技术的研究热点和重要发展方向。根据等离子弧的特点,设计了以等离子弧为热源的增材制造设备,并利用其研究了等离子弧增材制造工艺,包括送丝角度、成型速度、焊接电流等对零件成型的影响。

关键词： 电弧增材制造   交流冷金属过渡焊(AdvancedCMT)   凝固   原位检测表征   热源模拟  

摘要： 电弧增材制造技术是低成本金属零件快速成形的重要方法之一,零件的成形精度目前因电弧热输入量过高而无法精确控制,国内外使用冷金属过渡技术进行增材制造成为热点。交流冷金属过渡技术(Advanced CMT)既秉承了原冷金属过渡技术(CMT)无飞溅、焊速快、热输入量低的特点,又引入变极性的交流电模式,使焊接过程中的热量分布更合理,基材收到的热输入量进一步降低。通过对CMT技术和交流CMT技术的研究现状进行比较和分析,认为交流CMT技术以其更低的热输入量,更高的熔敷效率和焊接稳定性等优势而更适合应用于增材制造领域,并且下一步应该侧重于解决交流CMT技术下的凝固过程原位检测表征,以及热源模拟的进一步修正,为复杂件的精确成形奠定基础。

关键词： 增材制造   冷金属过渡   轨迹规划  

摘要： 采用CMT焊接工艺进行了电弧增材制造,研究了不同扫描轨迹对薄板焊后变形程度的影响.通过运用空间最小二乘法模型,建立了S值判别法,表征了试板变形程度.通过比较不同扫描轨迹下的S值,获得薄板最小变形程度所对应的轨迹特征,从而总结轨迹特征,得到电弧增材制造过程中截面扫描轨迹规划的原则,并成功地将轨迹设计原则应用到实体零件增材制造的过程中,获得了良好的成形效果及致密实体,为不同截面上扫描轨迹的设计提供了试验基础.

关键词： 双金属电弧增材制造   显微组织   冷金属过渡焊接   模具  

摘要： 采用CMT(Cold Metal Transfer)焊接工艺,基体区选用ER80S-G焊丝,硬质区选用进口焊丝OK Tubrodur15.50进行双金属电弧增材试验,对成形件的横截面进行显微组织分析和硬度测试。结果表明:基体区的组织为粒状贝氏体、铁素体以及碳化物质点,各层的组织分布均匀;硬质区各层组织差别很大,底层以片状回火马氏体为主,随着层数的增加回火马氏体量减少,淬火马氏体量增多,最后一层由于没有受到回火作用,组织以淬火马氏体为主。成形件横截面的整体显微硬度分布较为合理,基体区的硬度变化不大,平均硬度为235.1 HV;硬质区的硬度随层数的增加逐渐增高,平均硬度为695.5 HV。

关键词： 316L   电弧增材制造   保护气   带颈法兰  

摘要： 研究了适合于316L丝材电弧增材的保护气和不同焊接参数下316L焊丝的成形性。确定了适合于316L电弧增材的保护气为Ar+2%O_2,以及良好成形性的工艺参数范围与组织特点。利用电弧增材制造了合格的带颈法兰件,性能测试结果显示抗拉强度达到540 MPa以上,延伸率达到35%以上,冲击吸收功达到97 J以上。

关键词： 丝材   电弧   增材制造  

摘要： 丝材电弧增材制造技术因其成形速度快、成形件尺寸灵活等优点受到越来越多的关注,尤其是大尺寸、复杂形状构件的高效快速成形,丝材电弧增材制造有着其独特的优势。介绍了丝材电弧增材制造技术的工艺过程,从丝材电弧增材制造成形件的成形工艺及表面质量研究、成形件组织性能研究以及成形件残余应力研究三个方面综述国内外丝材电弧增材制造技术的研究现状,总结该技术现阶段在航空航天领域的应用情况,指出研究人员对丝材电弧增材制造技术的相关研究工作聚焦于工艺优化和过程控制两个方向,怎样才能通过熔滴的平稳过渡获得高质量的成形件,如何有效控制逐层堆积过程中晶粒及显微组织变化,以抑制零件内部不良组织的产生是需要继续研究的问题。

关键词： 冷金属过渡   电弧增材制造   成形系统   焊接参数  

摘要： 利用冷金属过渡技术热输入量小、焊接无飞溅、电弧稳定等优点,设计了电弧增材制造成形系统。系统由硬件和软件两部分组成,软件系统中的数控加工软件能够模拟零件的铣削加工路径,机器人离线仿真软件Iungoprint将模拟的铣削路径转变为增材制造路径,并通过图形动画模拟整个增材制造过程;硬件系统主要由KUKA机器人和Fronius数字化焊机组成,以实现焊接成形稳定、高效、柔性的总体要求。利用该系统研究焊接工艺参数对焊缝熔宽和层间增高量的影响,通过二次回归设计建立了焊道尺寸的预测模型,用以控制成形零件的精度。通过薄壁铝合金花瓶零件成形实验,所得零件尺寸与设计值的误差被控制在2%以内,验证了预测模型的可靠性及成形系统的可行性。