关键词： 双TIG   活性电弧   增材制造   工艺参数  

摘要： 为了进一步发挥电弧-丝材增材制造方法高熔敷效率的优势,提出了一种采用双TIG活性电弧作为热源的增材制造方法,利用双TIG电弧并在保护气体中加入少量活性气体氧气,采用直径1.2 mm的SUS304奥氏体不锈钢焊丝进行薄壁件堆积试验,研究了氧的引入、沉积电流分配、电弧移动速度和送丝速度等工艺参数对熔敷层平均宽度和高度的影响,并考察熔敷金属的显微组织和力学性能.结果表明,与普通TIG电弧相比,双TIG活性电弧增材制造工艺不仅能够改善焊缝成形并提高熔敷效率,而且降低熔敷金属和熔池的表面张力,增强其润湿铺展特性,进一步改善沉积层成形;在电流相当的条件下,与普通TIG电弧沉积相比,沉积效率明显提高,达到2.7 kg/h.随着后置焊枪沉积电流的增大(前置焊枪沉积电流的减小),墙体宽度先增加后减小,墙体高度的变化与之相反;随着电弧移动速度增加,墙体宽度和高度均下降;当送丝速度增加时,墙体高度明显增加,宽度变化不大.氧气对墙体熔敷金属微观组织无明显影响,组织形态均为垂直于沉积方向的柱状树枝晶.沉积墙体的抗拉强度和断后伸长率随着氧气的引入略有下降.

关键词： 电弧增材制造   2219铝合金   热压缩   组织演变   本构方程  

摘要： 采用热压缩方法研究了电弧增材制造2219铝合金的热变形行为,变形温度为360~510℃,应变速率为0.01~10 s^(-1)。分析了温度和应变速率对流变应力和微观组织的影响,采用Zener-Hollomon参数的双曲正弦函数建立了电弧增材制造2219铝合金热变形本构方程。结果表明,电弧增材制造2219铝合金热压缩峰值应力随温度的升高和应变速率的降低而逐渐降低。电弧增材合金在420℃及以下温度仅发生滑移变形,450℃及以上发生动态再结晶,480℃为最佳锻造温度,发生完全动态再结晶,可有效细化增材晶粒。本构方程以动态再结晶温度(450℃)为临界点分为两段,动态再结晶温度以下变形激活能为212.53 kJ·mol^(-1),动态再结晶温度以上为163.37 kJ·mol^(-1)。沿晶界分布的共晶θ相在热压缩过程中发生破碎和固溶,变形温度越高或应变速率越小,固溶程度越高。

关键词： 激光电弧复合   增材制造   温度场   变形  

摘要： 利用Simufact Welding软件对激光电弧复合热源增材制造过程的温度场、应力场以及变形量进行数值模拟。分析不同熔覆层的横向、纵向等效应力及变形规律,工艺参数对变形的影响程度。结果表明:由横向物理场可见,冷却后基板中心与两侧变形量较大,整体呈“W”形;由纵向物理场可知靠近热源出现局部应力减小现象,变形量最大处出现在远离结束热源一侧;通过层间物理场规律分析,可以看出等效应力集中在底层,由于变形累加,变形量集中在最上层,温度部分出现三次重熔的现象。

关键词： 2219铝合金   电弧增材制造   熔滴   微观组织   力学性能  

摘要： 为了提高铝合金电弧增材制造的质量和效率,采用新型的电弧增材制造工艺——熔滴复合电弧增材制造(DAAM)技术来制造铝合金样品.采用全新的熔滴生成系统(DGS)代替传统的送丝系统,使得材料的添加与电弧能量相互独立.成形的材料为2219铝合金,通过熔滴系统添加了微量Mg元素.利用熔滴复合电弧增材制造设备沉积了薄壁结构,沉积速率较传统电弧增材制造技术大幅提升(约为160 mm^(3)/s).观察和分析薄壁结构截面的微观组织表明,薄壁结构的晶粒形态以柱状晶为主,呈现层内柱状晶和层间等轴晶的周期性分布规律.经过T6热处理后,试样水平和垂直方向的平均抗拉强度分别为455.4和417.0 MPa,屈服强度分别为342.4和316.4 MPa.较之前的研究结果对比表明,Mg元素的添加提升了2219铝合金的屈服强度,但导致延伸率降低.

关键词： 熔池   电弧增材   热状态   流动特性   稳定性   数值模型  

摘要： 利用FLUENT软件和二次开发建立电弧增材熔池三维数值模型,探究熔池热状态和流动特性对熔池尺寸及其稳定性的影响.数值模拟结果表明,电弧增材是一个快热急冷的熔池非平衡凝固过程,电弧力和马兰戈尼效应对熔池流动影响较大,且熔池内部流态以环流为主.综合分析热输入和热耗散对熔池局域温度场和流场的影响,发现熔池热状态通过影响熔体粘度、各驱动力而改变熔池流态和流速,而熔池流动则影响熔池边界和热对流,因此二者的综合作用决定了熔池几何.层间冷却能够改善沉积时熔池热耗散条件,减小热积累的影响,但同时会降低成形效率.

关键词： 电弧熔丝增材制造   2319铝合金   微观组织   力学性能   时效   断裂机理  

摘要： 研究了时效时间对电弧熔丝增材制造2319铝合金微观组织与力学性能的影响,并对拉伸试样的断裂机理进行分析。结果表明,随着时效时间的延长,合金内部析出相数量逐渐增加,尺寸增大。析出相主要为Al2Cu,同时还有富Fe、Mn杂质相。时效后合金水平方向的抗拉强提升至450 MPa,垂直方向抗拉强度达到350 MPa,但是伸长率下降。微小气孔的聚集,θ(Al_(2)Cu)相以及富Fe、Mn杂质相沿晶界的偏聚,造成水平方向和垂直方向各向异性,同时大量微气孔沿层间分布,微小气孔聚集连接长大,形成裂纹导致样件断裂失效。

关键词： 电弧熔丝增材制造   纳米改性   Al-Zn-Mg-Cu合金   成形性能   组织和性能  

摘要： 采用电弧熔丝增材制造技术(WAAM)对纳米改性Al-Zn-Mg-Cu合金进行成形试验,分析了焊接电流、焊接速度、沉积路径、层间等待时间对成形性能的影响.结果表明,在焊接电流190 A、焊接速度350 mm/min、往复沉积、层间等待时间为90 s时合金具有良好的成形性能.对制备的直壁墙体进行了沉积后热处理,对不同状态合金的组织和性能进行了研究.沉积态及热处理态合金显微组织均具有优异的各向同性,由细小的、无明显取向的等轴晶组成.T6处理显著提高了沉积态合金的硬度及力学性能,T6处理后平均硬度为178.3 HV,较沉积态提升61%,沿横向抗拉强度(Rm)、屈服强度(R_(eL))与断后伸长率(A)分别为469.7(±5.1)MPa,366.3(±1.4)MPa与6.4(±0.4)%,沿纵向抗拉强度(Rm)、屈服强度(R_(eL))与断后伸长率(A)分别为454.3(±18.8)MPa,364.7(±16.7)MPa与5.9(±0.5)%,具有良好的力学性能各向同性.

关键词： 电弧增材制造   Al-Cu合金   高温   组织和性能  

摘要： 为研究Cu含量对电弧熔丝增材制造Al-Cu合金堆积体高温组织与性能的影响,对Al-Cu合金堆积进行200℃保温30 min处理,通过金相、SEM、EDS及拉伸试验,分析其显微组织和力学性能。结果表明:高温下随Cu的质量分数由5%增至6.3%,Al-Cu合金堆积体晶粒尺寸无变化,未固溶θ相的数量增多、尺寸增大;晶粒内部平衡θ相的数量先增多后稳定变化;Al-Cu合金堆积体高温力学性能先升后降,Cu的质量分数为5.65%的Al-Cu合金堆积体具有最优的力学性能,抗拉强度为355 MPa,屈服强度为345 MPa,伸长率为6.5%。

关键词： 增材修复   MAG   TIG   精密脉冲冷焊   S355J2W+N  

摘要： 文中通过研究精密脉冲冷焊、TIG、MAG焊接工艺对转向架构架常用材料S355J2W+N钢进行增材修复时的组织与性能的差别,为铁路列车转向架构架进行增材修复提供理论依据。对S355J2W+N钢分别采用精密脉冲冷焊、TIG焊和MAG焊进行焊接,并对比分析了3种不同焊接工艺对S355J2W+N钢的组织和硬度的影响规律。研究结果表明,3种焊接工艺焊接的接头均熔合良好,但精密脉冲冷焊热影响区宽度远远小于常规焊接工艺;3种不同焊接工艺残余应力对比,在热影响区和母材区域,3种焊接工艺在焊趾和焊趾以外5 mm范围内残余应力达到最大;在测试区域内,TIG焊和精密脉冲冷焊应力变化趋势相近,残余应力在焊趾及热影响区范围内达到最大值后持续下降,MAG焊工艺残余应力达到最大值后先减小后增大;TIG焊工艺残余应力大于精密脉冲冷焊。3种不同焊接工艺相比,均能得到合格的焊缝,且精密脉冲冷焊热影响区小,焊缝外观优良,但工作效率低,特别适合补焊量小、对焊后变形严格的应用工况。

关键词： 电弧增材制造   高强铝合金   冶金缺陷   优化工艺   复合增材制造  

摘要： 高强铝合金因具有高强度、低密度、优异的延展性和抗腐蚀性,成为了航空航天和汽车应用零件最常用的金属材料之一。电弧增材制造技术具有快速原位成形制造复杂结构零部件的能力,非常适用于中型或大型高强铝合金铝部件的制造。本文综合分析了高强铝合金电弧增材制造工艺和设备研发现状、高强铝合金电弧增材的固有属性和缺陷以及主要的性能优化手段,讨论了组织和性能的固有特征和复合增材制造技术对组织和性能的影响。针对电弧增材制造高强铝合金不可忽略的本质冶金缺陷、特征性能需求和多种优化工艺的优劣等问题,提出了电弧增材制造高强铝合金综合评价体系、成分设计和丝材开发、专用热处理制度和复合增材制造技术的协同性等发展方向,以期为电弧增材制造高强铝合金的性能提升和应用推广提供重要参考。