关键词： 电弧熔丝增材制造   解耦热源   轨迹规划   增减材复合制造   成形控制  

摘要： 金属增材制造是制造强国战略下推动我国高端装备制造业转型升级的重点发展方向。电弧增材制造以其高沉积效率、低成本、可进行复杂结构直接成形等优势受到了广泛的关注。但增材过程中涉及的物理过程复杂,成形质量与精度面临很大挑战。针对电弧增材制造技术短流程、长周期的制造特征,讨论如何从热源上降低成形偏差、从过程上降低制造误差、从结果上改善成形精度,介绍了一系列创新的热源调制、过程控制与结果优化的方法策略,总结了现有技术存在的问题与面临的挑战,为如何进一步提升电弧增材过程的成形控制效果提出了几点思考。

关键词： 电弧增材制造   扫描路径   温度场   应力场  

摘要： 在增材制造过程中,金属内部的温度、应力演变对成型件质量有着重要影响。本文对电弧增材制造单层多道成型件进行堆焊实验与有限元分析,研究了单层多道成型件的热力演变规律,及沿长边单向、沿长边往复、沿短边单向扫描路径的温度场和应力场规律。结果表明,熔覆层表面的纵向应力释放能力优异,而横向应力数值相对稳定并在一定区域高于纵向应力;沿长边单向扫描的成型件表面散热效果最好,沿长边往复扫描次之,沿短边单向扫描最低;往复扫描可有效避免单向扫描息弧端处的应力集中,沿短边扫描的纵向应力小于沿长边扫描的,横向应力相反。在进行单层多道路径规划时,应权衡好纵向应力与横向应力的应力释放程度。

关键词： 电弧增材制造   T形件   连接节点   初始刚度   破坏模式   极限承载力  

摘要： 电弧增材制造(WAAM)技术在结构工程领域有着广泛的应用前景,具有生产效率高、设备成本低、材料利用率高和环境可持续性等优点。为了探究WAAM碳钢T形件连接节点的力学性能,设计一系列共12组由WAAM碳钢T形件、高强钢(HSS)T形件和高强螺栓组成的连接节点试件,通过试验研究螺栓线位置与螺栓排列方式对试件初始刚度、破坏模式及极限承载力的影响。采用三维激光扫描技术测量WAAM碳钢T形件相关几何参数,采用数字图像相关技术(DIC)辅助测量了T形件连接节点在加载过程中的位移响应。结果表明:WAAM碳钢T形件具有较好的力学性能,当螺栓线与腹板翼缘连接处距离减小时,试件的初始刚度与极限承载力均呈上升趋势,而失效模式均为预期的翼缘破坏,且螺栓未发生断裂。通过对比试验结果和现有设计规程计算结果,对相关计算方法的适用性与准确性进行评估,发现现有设计方法高估了试件的初始刚度,对破坏模式的预测较为准确,但对极限承载力的预测偏保守。最后,对已有计算模型进行修正,修正后的计算模型对连接节点极限承载力的预测效果较好。

关键词： 镁合金   电弧增材制造   轻量化   微观组织   性能  

摘要： 高性能镁合金已成为运载装备轻量化的重要发展方向之一,而镁合金因其自身活泼的性质和较差的室温加工性,在传统制造技术中受到了很大限制。最近电弧增材制造技术因其沉积速率高、制造空间大、成形稳定、过程安全等特点成为高性能镁合金先进制备的重要手段之一。因此,系统综述了目前电弧增材制造镁合金的研究现状,重点综述了目前电弧增材制造技术以及其沉积态镁合金在成形、组织与性能上的特点。同时针对镁合金在制备过程中的热循环、热累积、性能薄弱等问题,总结了制备过程中的原位加工、镁合金焊丝设计、电弧成形精度控制与热处理优化等研究与现状。并根据已有研究指出了电弧增材制造镁合金存在的瓶颈问题并提出该领域需要发展与改进的方向。

关键词： 转向架   40Cr   局部增材修复   脉冲冷焊   TIG焊  

摘要： 采用ER80S-G焊丝在焊前不预热的条件下对调质态40Cr钢进行电弧增材修复,模拟转向架牵引拉杆局部缺陷的挖补,对比分析了脉冲冷焊和常规TIG焊两种工艺在堆焊结合强度、微观组织、硬度分布以及对热影响区性能的影响程度等方面差异。结果表明:脉冲冷焊和TIG焊的堆焊层都结合良好,热影响区均未发现冷裂纹。脉冲冷焊的热输入较低,焊后冷却速度快,热影响区窄,试件焊后的角变形量仅为TIG焊的1/6,堆焊层和热影响区的晶粒比TIG焊细小,强度和硬度都高于TIG焊。虽然脉冲冷焊的熔覆效率低,但补焊的连接强度高、变形小、对母材性能的影响小,比TIG焊更适合于转向架牵引拉杆的局部增材修复。

关键词： 电弧熔丝增材制造   数值模型   传热传质   形貌缺陷   控热控形控性  

摘要： 电弧熔丝增材制造具有设备成本低、制造效率高等特点,在航空航天、舰船、武器装备等领域具备广阔的应用前景。在复杂热循环的条件下,电弧行为、熔滴过渡、熔池流动与凝固以及沉积内部热积累效应等因素的耦合作用是决定结构成形与质量的关键,也是实现控形控性的理论基础。基于电弧熔丝增材制造的物理过程数值模拟研究现状,综述了不同热源类型电弧增材制造工艺过程中的物理机制,揭示了不同沉积过程传热传质行为的内在关联与区别。在此基础上,概述了常见形貌缺陷的形成机理、影响因素与其抑制策略,总结了不同主动控热控形控性方法的机制与特点,探讨了当前电弧熔丝增材制造传热传质数值模拟过程中存在的主要问题,并对其未来发展应用提出了思考与建议。

关键词： 电弧   增材制造   埋弧   等离子   熔化极/非熔化极  

摘要： 从丝材电弧增材制造技术的应用出发,重点介绍了埋弧、等离子、熔化极/非熔化极电弧增材制造的工艺特点、商用化设备和产品研发以及未来的应用方向。同时分析了电弧增材制造同焊接、铸造工艺的区别、优势和应用中的问题,为电弧增材制造工艺的选择和应用提供支持。

关键词： 电弧增材制造   工艺参数   成形质量   回归模型  

摘要： 为探讨316L不锈钢MIG电弧增材制造中不同电流模式下的工艺参数对焊道成形尺寸的影响。首先通过控制变量法研究了恒流模式下基板温度、焊接电流、焊接速度及线能量对对焊道成形尺寸的影响规律;其次,采用正交试验法研究了脉冲电流下焊接电流、焊接速度、占空比和脉冲频率对焊道成形尺寸的影响,利用多元线性回归方法构建脉冲电流下工艺参数(焊接电流、焊接速度、占空比、脉冲频率)与焊道熔宽和余高尺寸预测模型。结果显示:在恒流模式下,焊接电流为150 A,焊接速度为4 mm/s,基板温度控制在100~150℃时,成形形貌较好;在脉冲电流下,焊接电流为140 A、焊接速度为5 mm/s、占空比为0.8、脉冲频率为3 Hz时焊道成形效果最佳。线能量大于7242 J/cm时成形效果较差。此外,建立了脉冲电流下工艺参数与焊道熔宽和余高的多元线性回归模型,经验证该回归模型能够准确预测焊道成形尺寸。

关键词： 镁合金   电弧增材制造   工艺因素   成型质量   微观组织   力学性能  

摘要： 轻量化结构件是航空航天和交通运输领域的永恒追求,结构件的轻量化主要通过结构设计和材料选择实现。因此,具有自由成型大型复杂形状构件特点的电弧增材技术受到持续关注。镁合金密度约为1.8g/cm^(3),是实际工程应用中最轻的金属结构材料之一。这两点使电弧增材镁合金大型复杂构件的生产研究受到重视。然而,电弧增材涉及电磁、传热、流体等复杂物理变化,同时镁合金又存在易氧化、易挥发等问题,这对电弧增材的工艺控制提出严峻考验。为此本文归纳总结了镁合金电弧增材技术基本工艺类别,分析了主要工艺参数对电弧增材制造镁合金成型质量、微观组织、力学性能的影响规律和深层机理,指出了镁合金电弧增材技术的现有问题,最后对镁合金电弧增材技术的未来研究方向提出了一些建议和展望。

关键词： 冲击式转轮   尾翼   外部水斗   机器人   电弧增材  

摘要： 随着冲击式机组容量参数越来越大,机组核心部件转轮的尺寸不断增大,受制于锻件厂家设备制造能力和性能保障工艺,厚大马氏体不锈钢锻件质量风险巨大,成为大型冲击式机组能否研制成功的关键因素。而外部水斗结构复杂,锻件加工时材料利用率低,制造成本高,人工焊接时气孔、夹渣等缺陷不易控制,焊接质量风险大。本文通过基于电弧增材制造工艺结构设计、机器人电弧增材制造系统集成及工艺研究,开发出了一套适用于大型冲击式转轮制造的增材工艺,并成功应用于冲击式转轮的制造,大幅压缩了中心体锻件的规格,释放了厚大马氏体不锈钢锻件的制造风险,提高了外部水斗的材料利用率和焊接质量。