关键词： 电弧增材制造   轮廓偏置   布尔运算   缺陷识别   混合路径规划  

摘要： 传统轮廓偏置路径规划方法具有较高几何还原度,适合电弧增材制造中等尺寸的复杂零件,但轮廓连续偏置过程中的退化现象易形成欠填充区域,进而导致缺陷,形成待优化区.针对上述问题,提出了基于布尔运算的待优化区域精确识别方法.将原始多边形与经过正反两次等距偏置的回溯多边形进行布尔差运算,可获得需要优化的缺陷区域,将待优化区域过滤与合并,重新构建为骨架填充区.结合最小矩形框确定每个骨架填充区的最优填充方向并生成往复直线路径,最后将轮廓偏置路径重新分类分区连接为连续成形路径,并按照骨架填充区成形路径优先打印原则输出为机器代码.后续成形试验采用机器人电弧增材制造系统打印了螺旋桨零件,结果表明,零件成形尺寸达到预期,且表面不存在传统轮廓偏置法中的成形缺陷,证明文中方法具有较高的可行性与适用性.创新点:(1)提出了一种骨架填充方法来准确识别和过滤传统轮廓偏置法中的待优化区域.(2)基于布尔运算的待优化区域精确识别方法,既保留了传统方法的优点,又减少了起熄弧次数.

关键词： AZ31镁合金   电弧增材制造   力学性能   微观组织   断裂分析  

摘要： 针对镁合金在轻量化结构件领域的应用前景,采用基于MIG焊的电弧增材制造工艺开展了两组不同路径的AZ31镁合金增材实验,并对其微观组织和力学性能进行了分析。结果表明:增材构件相较于原始焊丝的化学成分无较大变化;单道次多层往复堆积路径相较于多道次多层堆积路径,更易制得表面更为平整,内部更为致密的构件,其屈服强度为77.3 MPa,抗拉强度为235 MPa,达到原始焊丝75%的力学性能水平,平均显微硬度为52.7HV,断后伸长率最高达到了27%;增材构件拉伸断裂方式为韧性断裂,并在多道次多层往复堆积构件断口处发现其内部存在气孔。验证了电弧增材制造AZ31镁合金工艺的可行性。

关键词： 铝/钢异种金属   旁路分流   搅拌摩擦增材制造   金属间化合物   耐腐蚀性能  

摘要： 为了实现铝/钢复合结构的灵活制造,提出了“电弧+搅拌摩擦”复合增材制造的新方法,即先利用旁路分流熔化极惰性气体保护焊在镀锌的Q235钢表面沉积一层薄的铝合金过渡层,再搅拌摩擦增材制造过渡层和6061铝合金.在电弧沉积过渡层过程中,镀锌层和旁路电弧促进了液滴在钢表面的润湿性和铺展性,获得了平整的表面成形,随后的搅拌摩擦增材制造过程消除了过渡层的气孔和裂纹缺陷,获得了表面成形良好且无缺陷的铝/钢复合结构.研究了不同焊丝成分(Al-Si,Al-Mg)对铝/钢复合结构的组织和耐腐蚀性能影响,结果表明,焊丝成分不会影响焊缝成形,但会影响界面金属间化合物层厚度,Al-Si焊丝的Si元素偏聚在铝/钢界面层附近,可以有效阻止Fe,Al元素的相互扩散,减少金属间化合物的产生.同时填充Al-Si焊丝的铝/钢结构耐腐蚀性好于填充Al-Mg焊丝,这是因为受到界面层金属间化合物的影响,金属间化合物会和基体发生电偶腐蚀,优先腐蚀铝基体,降低铝/钢复合结构耐腐蚀性能.创新点:(1)提出了一种“电弧+搅拌摩擦”复合增材制造铝/钢异种金属的新方法,解决了搅拌针和钢直接接触导致搅拌针受损的问题,同时通过搅拌摩擦增材使电弧堆焊过渡层产生的孔隙和裂纹等缺陷被消除.(2)相比于Al-Mg焊丝,Al-Si焊丝作为过渡层填充材料可以有减少金属间化合物,进而抑制组件电偶腐蚀.

关键词： 激光电弧复合增材   TC11钛合金   显微组织   力学性能  

摘要： 为研究热输入对墙体宏观形貌、显微组织及力学性能的影响,用激光-MIG电弧复合热源对TC11钛合金丝材进行增材制造。结果表明:墙体柱状晶内组织都以条状α集束和α+β集束组织为主,存在明显的β相界,但堆积速度小的柱状晶中马氏体α′相尺寸较大;在堆积层重熔区中不同区域的初生α相和α+β网篮组织尺寸差异显著,堆积速度较大时的组织更细密;在墙体边界,堆积速度大时存在一定针状马氏体α′相,而堆积速度小时针状马氏体相对较少;热输入大的墙体抗拉强度比热输入小的提高2%,伸长率和断面伸缩率相近,且水平方向上墙体硬度更高,塑性更好。

关键词： 激光   CMT-P   增材制造   显微组织   硬度  

摘要： 为了明确铝合金增材制造过程中的微观组织特征,以飞机结构常用的2024铝合金为研究对象,采用激光与CMT-P电弧复合增材制造技术成功地制备了2024高强铝合金薄壁构件。运用光学显微镜、扫描电镜、电子探针等表征手段,研究了增材构件不同区域的微观组织特征,并探究了其对显微硬度的影响规律。结果表明:增材制造过程中独特的热循环特性使得薄壁增材件由熔池边界(MPB, melt pool boundary)、熔池区(MPZ, melt pool zone)和热影响区(HAZ, heat affected zone)3个特征区域交替出现的层带结构所形成。其中,MPB的显微组织为细小的等轴晶;MPZ底部的显微组织为细小的柱状晶,上部为粗大的柱状晶和等轴晶;HAZ的显微组织为粗大的等轴晶。试样内部主要析出相为S相(Al_(2)CuMg)和θ相(Al_(2)Cu),S相主要分布在晶界交叉部位和晶粒内部,θ相主要分布在晶粒边界。增材试样内部层间区域的显微硬度低于母材,主要归因于层间存在气孔以及晶界处存在较多的析出相。

关键词： 快速电弧模式   316L不锈钢   枝晶形态   力学性能  

摘要： 采用电流恒定的快速电弧模式对316L不锈钢进行电弧增材制造.探索了构件的工艺成形性,并采用金相显微镜与场发射扫描电子显微镜对比研究了成形件不同区域微观组织与力学性能.结果表明,在单层熔覆层内,一次枝晶随着沉积方向从针状树枝晶,薄带状树枝晶向柱状树枝晶转变.同时,二次枝晶尺寸也随着沉积层堆积高度逐渐增大.在试样底部,中部与顶部的二次枝晶臂尺寸分别为11.54μm,12.50μm,15.52μm,其尺寸随着热累积的增加而不断增大.此外,试样沿沉积方向与扫描方向的抗拉强度为517 MPa和527 MPa,均超过了锻材强度.试样断后伸长率为22.5%和15.0%.两种方向的拉伸试样断裂模式均为韧性断裂,但沿扫描方向制造的试样塑韧性优于沉积方向试样.创新点:采用快速电弧模式制造316L不锈钢样品,探讨了单道熔覆层内枝晶形态变化和热累积对二次枝晶臂在试样上部、中部与底部的尺寸变化的影响规律,分析了沉积样品不同方向的拉伸性能.

关键词： 电弧增材   响应面   余高系数   成形系数  

摘要： 基于响应面法对H13模具钢电弧增材工艺参数进行优化,运用Box-Behnken设计原理和二次回归试验建立工艺参数(焊接电流、焊接速度和送丝速度)与成形尺寸(余高系数和成形系数)的数学模型。结果表明,模型拟合度良好,各参数变量之间存在交互作用,对成形尺寸的影响大小依次为送丝速度>焊接电流>焊接速度,送丝速度与余高系数(r=-0.84)和成形系数(r=0.68)呈现显著相关性。焊接电流202A、焊接速度2.5mm/s及送丝速度125cm/min为最佳工艺参数,此时沉积成形焊缝的余高系数和成形系数分别为6.14和7.86,与模型预测值的偏差仅为2.3%和1.8%。

关键词： 电弧增材制造   铝合金   水冷条件   微观组织   力学性能  

摘要： 为解决电弧连续增材时,由于热积累效应导致堆敷层的塌陷问题,在基板底部加装水冷铝板,制备了水冷断续、水冷连续两种不同工艺的4047铝合金直壁构件,并制备无水冷条件下的增材构件作为对照.通过对比3种工艺条件下的构件基板热循环曲线、晶粒形貌、抗拉强度、硬度和断后伸长率,研究水冷条件对增材构件宏观形貌、微观组织和力学性能的影响.结果表明,水冷断续条件能够有效降低热量积累,增材构件侧壁更加平整.水冷连续条件下增材直壁构件成形最好,两端无塌陷产生,且成形效率最高.3种增材构件底部晶粒都以等轴晶为主,其余部位都以柱状晶和树枝晶为主.水冷连续条件下构件的晶粒尺寸最大,水冷断续条件下晶粒尺寸最小.各增材工艺制备的构件力学性能与ZL102铸造铝合金相当,其中水冷断续工艺制备的增材构件力学性最好.创新点:(1)通过加装水冷铝板增强散热,解决了电弧连续增材4047铝合金时堆敷层塌陷问题,改善了增材构件成形质量.(2)在水冷条件下采用连续增材制造工艺,增材构件既满足了基本性能要求,又提高了成形效率.

关键词： 超级双相不锈钢   热输入   电弧增材制造   N元素   奥氏体含量  

摘要： 为了研究热输入对电弧增材制造超级双相不锈钢组织和性能的影响,使用直径为1.2mm的ER2594超级双相不锈钢焊丝,在Q345低碳合金钢的基板上使用不同的热输入进行MIG电弧增材制造单墙体试验,并对其微观组织和力学性能进行分析,结果表明,当热输入由435.6 J/mm增加至517.3 J/mm时,由于热输入量增加和冷却速率较慢造成奥氏体含量升高,其含量由31%增加至43%.当热输入增加至599.0 J/mm时,由于N元素烧损使奥氏体含量降低的程度大于提高热输入使其增加的程度,奥氏体含量由43%减少至41%.随着热输入的增大(435.6 J/mm增加至599.0 J/mm)显微硬度先降低后升高,其原因在于显微硬度与铁素体含量呈正相关.热输入取中间值(517.3J/mm)时的试样由于奥氏体含量较多使得其拉伸性能略优.创新点:(1)制备了3组不同热输入的电弧增材制造超级双相不锈钢墙体.

关键词： 电弧增材   铝合金   显微组织   力学性能  

摘要： 研究了MIG增材制造Al6CuMg合金的增材制造工艺参数及热处理工艺参数对其显微组织和力学性能的影响。改变增材制造工艺参数中送丝速度和焊接速度的匹配,以及改变热处理工艺参数中的时效时间,结果表明:采用较大的焊接速度时(10mm/s),试样内部的气孔较小,数量较少,随着送丝速度的增加,孔隙率略有下降;在一定的焊接速度下提高送丝速度会导致等轴晶比例下降;“固溶+时效”热处理后Al6CuMg合金增材件中存在大量网状共晶组织和第二相析出,且延长时效时间对晶粒尺寸和第二相的析出影响并不显著;“固溶+时效”热处理后Al6CuMg合金增材件的抗拉强度提升明显,但塑性有所降低。