关键词： Al-Mg-Si合金   电弧增材制造   微观组织   力学性能  

摘要： 探索一元脉冲MIG电弧增材制造Al-Mg-Si合金构件成形的工艺参数,并对成形件不同区域的微观组织及力学性能开展研究。结果表明:当在焊接速度为50cm/min的条件下,焊接电流为140A时,可获得良好焊道,且成形形貌最优;组织形貌有分层现象,层间组织以较为粗大的柱状晶为主,层内组织以细小等轴晶和柱状晶为主;层间区域存在相对更多气孔缺陷和较粗大的柱状晶,硬度值波动更明显,且硬度普遍低于层内区域;水平方向的抗拉强度高于沉积方向,断后伸长率分别为8%和5%~9%;两个方向拉伸断口皆以韧窝为主,属于韧性断裂。

关键词： 电弧增材制造   热-弹-塑性模型   残余应力   铝合金  

摘要： 构建2319铝合金电弧增材制造热-弹-塑性有限元模型(FEM),计算成形过程瞬态温度场和熔合线附近温度梯度,分析工艺参数对熔池温度场的影响。研究不同工艺参数下熔池温度场分布规律,结果表明,温度梯度随电流的增加和基板移动速度的减小而增加。在温度场计算的基础上,利用热-弹-塑性有限元模型研究电弧增材过程残余应力的演化和分布规律。单道沉积情况下基板上纵向应力为压应力,沉积层内为拉应力,且纵向应力在数值上与等效应力接近,最大应力出现在沉积层中间部分。研究工艺参数对沉积层应力的影响规律,结果表明,提高基板移动速度可以降低沉积层内部的等效应力和纵向应力,而增大电流则会使沉积层内的等效应力和纵向应力增大。结合温度场结果可知,熔池内温度梯度与残余应力的大小呈正相关关系。

关键词： 2209双相不锈钢   热处理工艺   正交试验   力学性能   耐腐蚀性能  

摘要： 对2209双相不锈钢进行热处理工艺试验,研究固溶温度、固溶时间、回火温度、回火时间等工艺因素对2209双相不锈钢力学性能和耐腐蚀性能的影响,优化热处理工艺;并对优化热处理工艺条件下试样的微观组织进行分析,探讨材料性能改善的机理。结果表明:各因素对2209双相不锈钢力学和耐腐蚀性能影响大小的顺序为固溶时间、固溶温度、回火温度、回火时间,随固溶温度和固溶时间的增加,双相不锈钢的自腐蚀电流密度降低,耐腐蚀性能逐渐提升;电弧增材制造2209双相不锈钢的最优热处理工艺为1 000℃×0.5 h固溶和400℃×2 h回火,优化工艺下材料的力学和耐腐蚀性能均得到提升,屈服强度、抗拉强度、断后伸长率、自腐蚀电位和自腐蚀电流密度分别为568 MPa,747 MPa,58.53%,0.21 V和6.056 4×10^(-6)A·cm^(-2),满足船用螺旋桨性能指标要求;热处理会增加2209双相不锈钢组织中合金元素在奥氏体中的固溶度,促使合金元素比较充分地融入奥氏体,固溶强化效应得到增强。

关键词： 电弧增材   刮板机   修复工艺  

摘要： 电弧增材制造技术具有制备成本低、材料利用率高、加工效率高等优点,在堆焊修复领域有广泛的应用前途。文章针对矿用输送机刮板在使用过程中出现的磨损失效现象,采取电弧增材制造技术进行修复,提出了使用激光扫描法三维重构受损刮板表面模型,采用仿真软件优化设计电弧增材堆焊路径,配合合理的焊接工艺参数的修复方案。修复结果表明,母材与熔覆金属结合紧密,焊缝成形美观,获得的焊缝质量符合技术要求,对矿用设备的焊接修复应用具有一定参考价值。

关键词： 电弧增材制造   路径规划   深度优先搜索   蚁群算法   空行程  

摘要： 为提高电弧增材制造的成形效率,分析了目前路径规划算法的优缺点,提出了基于深度优先搜索(DFS)算法与蚁群算法相结合的复合路径规划优化方法。在zigzag扫描与轮廓偏置相结合的复合路径规划算法的基础上,采用多种不同扫描倾角的zigzag路径算法对多孔洞截面轮廓进行填充,并通过深度优先搜索算法进行zigzag扫描路径分区进行连接,以减少zigzag扫描路径的路径条数和起弧熄弧次数,然后采用蚁群算法搜索路径规划顺序和起弧熄弧点的优化组合,使填充路径的总空行程长度最小。仿真结果表明,DFS分区连接算法对不同扫描倾角的zigzag路径规划皆能起到良好连接作用,采用蚁群算法的电弧增材制造路径规划方法可以有效减少扫描空行程长度。

关键词： 电弧熔丝增材制造   轧制   轴类零件   修复   再结晶  

摘要： 目的针对电弧熔丝增材修复轴类零件时修复层出现柱状晶粒、修复质量不佳等问题,进行电弧熔丝和轧制复合的增材修复工艺研究。方法研究了电弧熔丝和轧制复合的轴类零件修复工艺,即在焊枪后紧邻一个轧辊,对沉积层进行轧制,使材料在高温下发生塑性变形。开发、制造和测试了一种新型设备,并在316L不锈钢轴上进行了修复实验。研究了轧制对修复件拉伸性能、硬度和微观结构的影响,并对沉积层和结合界面进行了电子背散射衍射(EBSD)表征。结果轧制导致了动态再结晶(DRX)形核从而细化了微观组织。与基体金属相比,修复层的硬度提高了20%~30%,屈服强度从220MPa提高到432MPa,极限抗拉强度从540MPa提高到595MPa。结论采用电弧熔丝和轧制复合的修复工艺可以细化修复层微观组织,提高修复层的力学性能,该工艺可以有效解决轴类零件的修复问题。

关键词： 功能梯度材料   电弧增材   微观组织   力学性能  

摘要： 采用旁轴填丝熔化极气体保护电弧(Gas Metal Arc,GMA)增材制造系统,通过改变旁轴填充焊丝ER1100的送丝速度,制备出了具有连续过渡界面的ER2319/ER1100异种铝合金功能梯度材料,并对梯度墙体试样进行显微组织与力学性能分析。结果表明:通过旁轴填丝GMA增材制造制备出的ER2319/ER1100梯度材料成形良好,无明显缺陷;梯度墙体表现出明显的等轴晶与柱状晶交替分布的非均匀带状组织特征,且圆形气孔主要分布在层间区域;随着ER1100纯铝焊丝填充率的增加,墙体硬度逐渐下降,墙体抗拉强度下降缓慢,伸长率增加,呈现弱线性变化关系。

关键词： 预热温度   增材制造   20Cr9Mo3Ni2钢   微观组织   力学性能  

摘要： 在H13钢基材上电弧增材制造20Cr9Mo3Ni2钢,研究不同预热温度下制件的宏观形貌、微观组织和力学性能。结果表明,预热温度升高降低制件裂纹形成倾向,预热温度高于300℃时,制件无裂纹出现。预热温度对制件不同部位组织的影响不同,增材区底部和中部组织在无预热和预热温度为150℃时主要为回火马氏体,预热温度为300℃时为回火马氏体和淬火马氏体;预热温度为450℃时,底部为马氏体和少量贝氏体,中部区域主要是马氏体;预热温度对顶部的组织影响较小,顶部组织主要是马氏体和残留奥氏体;不同预热温度和区域的晶间都有少量铁素体存在。H13钢基材热影响区的组织在预热温度低于300℃时为回火马氏体,预热温度为450℃时为粗大的马氏体。随预热温度的升高增材区的抗拉强度升高,伸长率降低,横向抗拉强度略高于纵向抗拉强度,而横向伸长率低于纵向伸长率;结合区的抗拉强度比增材区低,预热温度低于300℃时试样断裂位置位于基材,预热温度为450℃时断裂位置位于基材热影响区。增材区的硬度在无预热和预热温度为150℃时底部和中部低,顶部高;预热温度为450℃时,硬度较高,且从顶部到底部分布比较均匀。可见,预热温度跨越Ms点时组织与性能变化大。

关键词： 铝基复合材料   电弧增材制造   冷金属过渡(CMT)   组织  

摘要： 采用冷金属过渡(CMT)方法在6061铝合金板上进行TiB_(2)/6056丝材增材制造研究。以送丝速度、焊接速度为变量,对不同热输入下增材层的表面成形、微观组织进行了观察和分析。结果表明:增大热输入,有利于降低复合材料增材焊道的气孔率。当热输入在1.2~2.4 kJ/cm时,焊道成形良好,表面光滑,鱼鳞纹均匀。随着热输入的增大,焊道的熔宽和余高增加,增材层组织由树枝晶→胞状晶→等轴晶转变。增材焊道中细小的TiB_(2)颗粒大都呈聚集态分布在α-Al的晶间位置。

关键词： 铝合金   电弧增材   热输入   电流方式   外加能场  

摘要： 电弧增材制造技术(Wire Arc Additive Manufacturing,WAAM)具有沉积速率高,成形速度快以及适合各种成形环境的优点,吸引了越来越多的高校及科研机构投入其中,如何进一步发挥电弧增材制造的优势是当下的研究热点。阐述了铝合金电弧增材过程中热输入、电流方式和外加能场对成形件表面形貌、微观组织以及力学性能的影响。当焊接电流较小或焊接速度较快时,热输入较低,熔融金属冷却速度快,形核率高,成形件为晶粒细小的等轴晶粒,提供给气孔的形成、聚集和长大的时间短,即热输入越低,成形件等轴晶区越宽,晶粒越细小,气孔缺陷越少,成形件机械性能越优异。对比分析了不同电流方式的电弧增材制造成形件性能差异,发现脉冲和变极性电流方式的热输入比无脉冲电流方式低,成形件晶粒更精细、缺陷更少、机械性能更优异;脉冲和变极性电流方式都可以清理成形件表面氧化膜,获得平整的表面。分析了电弧增材制造系统的优化方案,发现施加磁场、激光可以使得电弧更加集中,调控熔池流动,避免熔敷金属铺展不均匀;施加原位轧制、层间锤击以及超声喷丸可使得沉积层发生变形,在晶粒内产生大量位错;利用水箱或者添加保护气喷嘴可以降低电弧增材过程的热输入,获得晶粒细小、气孔缺陷少的成形件。最后提出了电弧增材铝合金现阶段存在的问题以及解决方法。