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。

关键词： 六向钢节点   摆动电弧增材制造   成形策略   承载性能  

摘要： 根据六向钢节点结构特点,采用分区成形、平面切片以及摆动与偏置填充的策略制造。为了避免钢节点已成形部分与弧焊枪的相互干涉,将六向钢节点分为直壁圆筒区、两管相贯区和三管相贯区。直壁圆筒区采用摆动填充,两管相贯与三管相贯区分别采用轮廓偏置填充与混合路径填充。合理的成形策略与摆动电弧增材制造工艺,使成形的六向钢节点有良好力学性能与高的成形精度,摆动电弧增材制造六向钢节点整体尺寸偏差为(±1.30)mm。有限元分析和台架测试电弧增材制造六向钢节点在实际工况条件下相贯区的最大应力为36.7MPa,远小于堆积金属屈服强度,始终处于弹性状态,具有高的承载性能。

关键词： 电弧增材制造   冷金属过渡焊   不锈钢   力学性能   显微组织  

摘要： 基于冷金属过渡、冷金属过渡-脉冲以及直流脉冲三种焊接模式,开展了316不锈钢单道多层薄壁试样的电弧增材制造,并对试样进行了组织与性能的对比分析.结果表明,三种模式下成形构件均无塌陷和宏观气孔现象,凝固组织以柱状树枝晶为主,并伴随有大量的二次枝晶、胞状晶,通过金相观察和背散射电子衍射技术发现,组织表现出强<001>//z织构,构件中段稳态区的平均枝晶间距随不同焊接模式下的热输入变化而变化:由小到大依次为CMT—CMT-P—DC-P.通过X射线衍射和扫描电镜-能谱分析确定基体组织为γ-Fe(Cr0.19Fe0.7Ni0.11),基体间网状组织为残余δ-***-P模式下的构件强度最高,屈服强度达237 MPa,抗拉强度达555 MPa,平均硬度值达209 HV0.3,DC-P模式构件的断后伸长率最高达52%.

关键词： 冷金属过渡弧焊(CMT)   焊道尺寸   天牛须算法   BP神经网络   预测模型  

摘要： 目的为提高实际应用中电弧增材制造对工艺参数的选取效率及成形形貌的控制效果,建立高效且精准的成形尺寸预测模型,实现对焊道尺寸的合理预测。方法在单层单道CMT电弧增材制造实验的基础上,建立基于天牛须搜索算法(Beetle Antennae Search,BAS)优化BP神经网络的焊道尺寸预测模型,利用BAS算法实现对BP神经网络初始权值和阈值的优化,可以实现预测不同工艺参数(焊接速度、送丝速度、干伸长)下焊道的成形尺寸(熔宽、余高)。利用试验验证BAS-BP预测模型的性能,与现有模型进行对比,结果结果表明该模型具有较高精度的预测效果,能够有效映射工艺参数与焊道尺寸之间的非线性关系,印证了该模型具有良好的拟合和泛化能力,同时其对焊道熔宽和余高的预测误差分别不超过0.2、0.12 mm,预测平均误差率均不超过6%,相对于其他预测模型表现出较好的准确性和稳定性。结论BAS-BP神经网络预测模型的输出误差较小,网络训练收敛速度加快,避免了过拟合及欠拟合的风险,有效提高了预测模型的泛化能力和预测精度,可以实现一定工艺参数范围内的焊道尺寸预测,为后续电弧增材的实时预测及控制参数应用提供了技术支持。

关键词： 焊接工艺与设备   电弧增材制造   机械振动   微观组织   机械性能  

摘要： 为了解决电弧增材制造试样晶粒粗大、机械性能较差等问题,在电弧增材制造2319铝合金过程中施加机械振动,分析了机械振动频率和幅度对试样微观组织和机械性能的影响。结果显示:机械振动使熔池流动性提高,熔池更加铺展,层宽增加,层高降低;振动破碎了生长过程中的枝晶,使INZ晶粒尺寸减小14.49μm,ITZ晶粒尺寸减小4.68μm;枝晶间隙处的溶质元素含量降低,晶界析出相变得断续且细小,PLC效应间隔增加,材料延伸率显著提高;机械振动频率和机械振动幅度改变时纵向和横向延伸率分别提升了38.2%,15.7%和29.3%,52.5%,而强度变化并不显著。采用机械振动辅助电弧增材制造能够在不影响强度的前提下显著提高试样的塑性,可为机械振动在增材制造领域的广泛应用提供技术参考。

关键词： 修复再制造   激光冲击锻造   电弧增材   硬度  

摘要： 铝合金件电弧增材修复区的软化会严重削弱修复件的力学性能。采用激光冲击锻造复合电弧增材工艺修复7075铝合金件,研究了光丝间距、脉冲能量、脉冲频率、工作电流和进给速度对修复区表面和内部硬度的影响规律,比较了复合工艺和电弧增材工艺所形成修复层沿着表面和深度方向的硬度分布。结果表明:合理选择光丝间距、工作电流、进给速度和尽可能大的脉冲能量及频率,将获得更高的表面和内部硬度;复合工艺能增强修复区硬度,进而提高修复件的力学性能。

关键词： 电弧增材制造   数学模型   路径优化   工艺参数   空行程   ER316L  

摘要： 为优化电弧增材成形性能、提高增材质量和效率,对电弧工艺参数及增材扫描路径规划进行研究。在单层多道和路径搭接等焊道成形实验基础上,确定合适的焊道成形工艺参数。通过使用多种不同扫描倾角的zigzag路径算法对模型截面进行填充,并采用深度优先搜索(DFS,deep-first search)算法对zigzag扫描路径分区进行起熄弧点连接,进一步利用蚁群算法对电弧增材空行程长度进行优化。试验结果表明,焊缝搭接的送丝速度为5 m/min,最优多道搭接间距为0.739w,复合路径搭接间距为0.577w,当zigzag扫描倾角为135°时,DFS分区连接算法优化效果最好,优化后的扫描路径规划算法可以实现对ER316L链轮模型的稳定增材成形,同时提高了成形件的成形精度和成形效率。

关键词： 电弧增材制造(WAAM)   冷金属过渡(CMT)   4043铝合金  

摘要： 为了研究4043铝合金电弧增材制造中工艺参数、组织与力学性能之间的相关规律,采用CMT电弧增材制造技术制备了4043铝合金薄壁件。通过金相显微镜、扫描电子显微镜、电子万能试验机等检测设备,对不同工艺参数(焊接速度和送丝速度)制备的制件内部组织与力学性能进行了研究。结果表明,WAAM4043铝合金薄壁件内部组织为α(Al)相和β(Al_(3.21)Si_(0.47))相。随着焊接线能量的增加,Al-Si共晶相会增多,晶界处的β相变得粗大、松散,晶粒也变得粗大。4043铝合金薄壁件的抗拉强度最高为153.7 MPa,伸长率最高为22.5%。拉伸性能在横向与竖向上呈各向异性。过大或过小的焊接线能量都不利于获得好的力学性能。

关键词： 增材制造   TIG电弧   熔滴沉积   熔池行为   堆积层形貌  

摘要： 针对传统d属熔滴微喷沉积成形中气孔、冷叠等冶金缺陷难抑制的问题,提出一种TIG电弧辅助熔滴沉积增材制造新方法。基于计算流体力学方法,建立铝合金TIG电弧辅助熔滴沉积增材制造过程三维瞬态熔池行为数值模型,对比研究了3组不同熔滴偏距下的熔池行为,通过与堆积层特征尺寸(层高、层宽、熔深)实测值相比较,验证所建熔池行为数值模型的有效性,澄清了单层单道堆积成形中熔滴偏距对熔池热流场和堆积层形貌的影响规律。结果表明:随着熔滴偏距的增加,熔滴与TIG电弧熔池一侧基板表面的接触面积增加,熔池与基板之间的散热效率得到提高,熔池凝固前沿的对称性被打破,进而导致熔滴冲击诱导的熔池热流场与堆积层形貌呈现明显的非对称特征。研究结论可为TIG电弧辅助熔滴沉积增材制造增材技术的工艺参数调控提供理论支撑和依据。

关键词： 电弧增材   搭接中心距   数值模拟   熔积层形貌  

摘要： 搭接中心距对电弧增材搭接熔积的熔池流动及熔积层形貌有重要影响,为探究其影响机理,建立了钨极气体保护焊(Tungsten inert gas welding, TIG)电弧增材成形过程的三维数值模型,研究了不同搭接中心距对熔池流动及熔积层形貌的影响。结果表明:不同搭接中心距下熔池表面温度峰值相近,约为1900 K,表面流速呈非对称的双峰式分布。当搭接中心距小时,由于第一道焊道的支撑作用,使得第二道焊道横截面熔池流动和形貌不对称,熔池深而窄,熔池流动为单向的顺时针环流,左侧流速普遍大于右侧;随着搭接中心距的增大,第一道焊道的支撑作用逐步减弱,使得搭接焊道横截面熔池流动逐渐变为以第二道焊枪中心线为对称轴,左侧顺时针、右侧逆时针的两个环流,两侧流动逐渐对称,搭接熔池宽度逐渐增大、深度逐渐减小,两焊道逐渐分离并出现波谷,当搭接中心距为6 mm时熔积层形貌最平整。模拟与试验结果基本吻合,本研究结果可为电弧增材工艺参数调控提供理论支撑。