关键词： 镁合金   冷金属过渡   熔池   焊缝成形   增材制造  

摘要： 针对镁合金在冷金属过渡(CMT)电弧增材制造成形过程中熔池精度难于控制、结构件成形质量差等问题,建立了三维瞬态数值模型,研究了增材过程中的熔池流动及传热过程。引入周期性系数加入双椭圆热源中,得到了更加符合实际CMT焊接过程的热源模型,并利用连续表面力思想将其转化为体热源加载在相界面;预测了焊缝和熔池的形状和尺寸,并与试验结果进行了比较;计算了同一焊接速度下不同焊接电流对焊缝成形的影响。结果表明:熔池内部主要受马兰戈尼力影响在熔池后方产生逆时针流动;将模拟结果与试验进行对比发现,焊接电流为129 A时熔宽误差约为1.13%,余高误差约为5.49%,熔深误差约为5.03%,验证了模型的准确性;相同焊接速度下,随着焊接电流的增大,焊缝宽高比以及熔深均增加。

关键词： 铝青铜   CMT增材制造   热处理   组织   力学性能  

摘要： 为提高CMT电弧增材制造铝青铜合金组织均匀性,拓宽CMT电弧增材制造铝青铜合金的应用,采用淬火、淬火+回火和回火3种热处理工艺对增材态铝青铜合金进行处理。结果表明:淬火处理后铝青铜组织中β相数量增多,α相数量减少;淬火+回火处理后铝青铜组织更加均匀,β相发生分解并以长条状分布在α相晶界处,κ相脱溶析出分布于α相中;回火处理后合金组织中晶粒尺寸变化较小,组织中有一定量的κ相析出。CMT电弧增材制造铝青铜合金经过淬火处理后硬度值达到189 HV,相比增材态提高34%,抗拉强度提高至526 MPa,增幅较小。淬火+回火处理后试样断后伸长率较增材态提升至55%,冲击功提升至98 J,相比增材态提高72%。热处理能有效改善增材态铝青铜合金的不均匀组织,并通过改变α相与β相的占比使力学性能得到改善。

关键词： 5356铝合金   电弧增材   微观组织结构   极化曲线   应力腐蚀  

摘要： 电弧增材制造铝合金材料微观组织调控以及耐腐蚀性是其工程应用过程中需要重点研究的问题。采用冷金属过渡(cold metal transfer,CMT)电弧增材制造技术制备5356铝合金堆积体,借助金相显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜以及显微硬度计等对其微观组织结构进行表征和硬度测试,并通过电化学工作站、慢应变速率应力腐蚀试验机等研究其耐腐蚀行为。结果表明:5356铝合金CMT电弧增材制造样件微观组织结构为α-Al基体+β(Al_(3)Mg_(2))相,沉积层中晶粒为长径比≤2的柱状晶,β(Al_(3)Mg_(2))相以弥散细小颗粒状为主,结合层晶粒为较细小的再结晶化等轴晶,β(Al_(3)Mg_(2))相以大块不连续沿晶分布为主,晶粒内部细小颗粒状β(Al_(3)Mg_(2))相分布较少,基体强化作用减弱。沉积层自腐蚀电流密度为结合层的23%,这主要与其内部β(Al_(3)Mg_(2))相的含量以及形态有关。5356铝合金电弧增材制造样件慢应变速率应力腐蚀敏感指数为0.57,在硅油和3.5%NaCl介质中均断裂失效于结合层,这是由于结合层基体强度较低,且大块沿晶分布的β(Al_(3)Mg_(2))相在硅油惰性介质中对基体有割裂作用,在3.5%NaCl腐蚀性介质中大块β(Al_(3)Mg_(2))相优先溶解,试样在拉应力作用下加速沿晶腐蚀开裂。

关键词： 激光功率   增材制造   316不锈钢   微观组织   力学性能  

摘要： 研究激光功率对CMT电弧增材制造316L不锈钢组织与性能的影响,可以为优化该技术制备316L不锈钢零件提供理论依据。采用316L不锈钢焊丝作为原材料,在不同激光功率下进行CMT电弧增材制造,制备单墙体试样。通过光学显微镜、扫描电镜、能谱仪、维氏硬度计和拉伸试验机等设备,对试样的微观组织、相组成、硬度和拉伸性能进行分析。结果表明:316不锈钢单墙体微观组织主要由δ铁素体和γ奥氏体组成,中部区域微观组织为树枝晶;激光功率对316L不锈钢的组织和性能有显著影响,随着激光功率的增大,树枝晶间距增大,δ铁素体含量先增加后减少,抗拉强度先增大后减小,延伸率逐渐减小;当激光功率为400W时,单墙体中δ铁素体的含量最高,由于δ铁素体具有阻碍晶界、提高强度的作用,其抗拉强度最大值达561.8MPa,且能保持48.7%的塑性。同时,单墙体硬度值沿堆积方向呈先下降后稍微上升的趋势,当激光功率为400W时,维氏硬度最大值达194.7HV0.3。

关键词： 电弧增材制造   电信号   缺陷分类  

摘要： 电弧增材制造是一种重要的增材制造技术,其质量控制和缺陷诊断是保障产品精度和性能的关键。该技术近年来在制造业中得到广泛应用,特别是在高性能材料的制造和修复方面。通过电弧作为热源,该技术能够实现快速、高效的金属部件增材成形。目前,电弧增材制造面临的挑战包括成形质量控制、过程监测与缺陷诊断等问题,本文针对电弧增材制造的正常焊道、不连续焊道、塌陷焊道,通过对采集的电信号进行分析,以实现缺陷分类。首先,对原始信号通过变分模态分解(VMD)方法分解,对信号的时域特征、频域特征以及信息熵特征进行特征提取,挖掘出与缺陷类型相关的关键特征。随后,采用特征融合方法,提高了模型的准确性和泛化能力。最后,利用基于支持向量机(SVM)分类算法与随机森林(RF)分类算法对比分析,对成形良好、不连续、塌陷不同缺陷进行了有效分类。

关键词： 电弧增材制造   镍基合金   熔滴过渡   力学性能  

摘要： 基于机器人焊接、结合高速摄像技术对Inconel 625镍基合金增材制造工艺展开研究。对焊接工艺参数、机器人编程、熔滴过渡等进行了详细描述,开展了对增材层的成形精度控制研究,探究了Inconel 625镍基合金薄壁成形件不同位置力学性能。结果表明:当焊接电流为250 A,焊接速度为5.5 mm∕s时,焊道成形效果较佳;利用高速摄像监测技术,有利于提高增材件的成形精度;控制镍合金熔滴成为射滴过渡是保证增材结构件制造中的重要途径;增材层的硬度、拉伸性能、弯曲性能由下到上呈递减趋势;拉伸断口均具有韧性断裂特征,纵向拉伸试样的抗拉强度与延伸率分别为713 MPa和30.2%,明显高于横向拉伸试样的,该现象与Laves相处产生的裂纹的扩展路径不同有关。

关键词： 动网格   电弧增材制造   熔滴过渡   熔池流动   数值模拟  

摘要： 针对基于冷金属过渡(CMT)技术的镁合金摆动电弧增材制造(WAAM)过程,采用流体体积(VOF)法和动网格(DM)技术建立了分别考虑熔滴和熔池受力情况的三维瞬态数值模型,研究了熔滴过渡和熔池流动过程中的温度场和速度场变化.结果表明,相应试验结果验证了所建立数值模型的有效性,熔池和熔滴尺寸参数模拟的误差均在10%之内.在CMT-WAAM开始阶段,基板表面和焊丝在电弧热作用下熔化分别形成熔池和熔滴.在焊丝向熔池送进过程中,熔滴不断长大,并在表面张力作用下长成球形.熔滴金属的热量主要通过热传导的形式向熔池传递,熔池最高温度随着熔滴金属的过渡而升高,熔池最高温度可达2100.0K;随着焊丝的回抽,熔池最高温度降低至1763.6K.随着焊丝向熔池送进,熔滴的最大速度从1.87 m/s逐渐减小到1.07 m/s,而熔池的最大速度仅为0.87 m/s.当熔滴金属前端与熔池发生接触后,液态金属的最大速度可达到4.21 m/s;随着焊丝的机械回抽,液态金属的最大速度在1.69~4.90 m/s范围内波动.当熔滴与熔池接触发生短路时,熔滴金属从熔池表面流向熔池底部和熔池两侧,增强了对熔池底部和熔池两侧的搅拌作用,使得熔池体积增加;当熔滴从焊丝端部脱离后,熔池中液态金属从熔池底部流向熔池表面和熔池两侧,熔池温度和流体速度随之降低,从而减缓了熔池体积的增加.此外,熔池自由表面在摆动电弧作用下呈现波浪式变形.

关键词： 电弧熔丝增材制造   双金属件   组织   强化机理  

摘要： 传统工艺制备Mg/Mg双金属件流程复杂、成形效率低,电弧熔丝增材制造(WAAM)在提高大尺寸双金属件成形效率方面具有技术优势。为提高大尺寸Mg/Mg双金属件的成形效率和界面性能,本工作采用WAAM技术制备了Mg-Al-Si/Mg-Gd-Y-Zn双金属薄壁,研究了双金属件的宏观形貌、微观组织、显微硬度和力学性能。结果表明,该双金属件通过WAAM实现了良好的界面结合,双金属的界面为厚度约1.4 mm的过渡区。EPMA结果表明,过渡区内形成了成分梯度,从Mg-Al-Si合金侧到Mg-Gd-Y-Zn合金侧,Al和Si元素的含量逐渐降低,而Gd、Y和Zn元素的含量逐步增加。根据非平衡凝固相图和微观组织分析,双金属件由3个区域组成,分别是存在汉字状Mg_(2)Si相的Mg-Al-Si区,具有粒状Mg_(2)Si相、Mg_(3)(Gd,Y)相及Mg_(5)(Gd,Y)相的过渡区和以Mg_(12)Zn(Gd,Y)相为主的Mg-Gd-Y-Zn合金区。自Mg-Al-Si侧向Mg-Gd-Y-Zn侧,过渡区内的显微硬度从57 HV_(0.5)连续增加到90 HV_(0.5)。室温拉伸结果表明,双金属的强度接近Mg-Al-Si合金,极限抗拉强度和屈服强度分别为236.8和102.2 MPa,延伸率和加工硬化指数接近Mg-Gd-Y-Zn合金,分别为11.0%和0.323。WAAM Mg-Al-Si/Mg-Gd-Y-Zn双金属件的断裂位置位于过渡区,Mg-Al-Si合金的断裂机制以韧性断裂为主,而双金属和Mg-Gd-Y-Zn合金的断裂机理均为准解理断裂。

关键词： 车载   振动   电弧增材制造   形貌   性能  

摘要： 当前,战场环境增材制造维修保障系统的应用范围和前景已日趋明朗。其中,电弧增材制造技术凭借其高沉积效率和卓越的环境适应性,能够迅速完成修复任务,使装备得以迅速重返战场。然而,在车载移动环境中实现实时制造修复仍是一大技术难题。为探究电弧增材制造在车载移动平台上应用的可能性,对车载振动环境(1.5~5.0Hz)下制备的低碳钢成形件进行了形貌、组织和力学性能的全面评估。结果表明,随着车载平台振动频率的增加,焊枪和基板的加速度也在不断增加,使得成形试样从形貌良好向成形失败转变,振动频率超过3 Hz后,飞溅和熄弧现象频发。相关性分析表明焊枪振动对成形的影响比基板振动更为显著。稳态下成形试样的抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为489 MPa、385 MPa和0.34;与之相比,较低频率的振动有细化晶粒、提高力学性能的作用,极限抗拉强度可达501 MPa,最大延伸率可达0.35;较高频率的振动则会粗化晶粒、略微降低力学性能,抗拉强度和延伸率降低至483 MPa和0.31;更为严重的是,较高频率振动会导致成形件外观形貌恶化甚至无法顺利成形,从而达不到生产制造要求。总的来说,本研究为在作战部队中实现“随时随地”进行电弧增材制造提供了坚实的实验基础和理论依据。

关键词： 电弧增材制造   变形   残余应力   形成机制   调控方法  

摘要： 电弧增材制造(WAAM)技术具有“材料-结构-功能”的特性,因而在航空航天等领域备受关注。然而,针对电弧增材制造构件的残余应力与变形的调控依然困难,是其发展的重要挑战。本文综述了WAAM构件变形与残余应力的形成机制,并从前处理调控、工艺过程中处理和后处理调控三个方面对电弧增材制造构件变形与残余应力的调控方法进行概括和总结。研究结果表明,通过优化路径规划、预热基板、控制预紧力、控制温度场、引入层间塑性变形、热处理和表面强化等方法,可以有效降低WAAM构件的残余应力,并提高其力学性能。本文还指出变形与残余应力仿真预测和实时测量技术是未来研究的重要方向,为WAAM技术的进一步发展提供新的思路。