关键词： 电弧增材制造   熔滴过渡   电弧形态   电流/电压波形   数值模拟  

摘要： 冷金属过渡(CMT)电弧增材制造技术具有沉积效率高、制造成本低等优势,在航空用大尺寸构件的快速成型领域应用前景广阔。对于电弧增材制造大型构件需采用大电流来进一步提高沉积效率,但在此高电流模式下电弧放电过程对熔滴过渡行为的影响机理尚不明确。因此,本研究采用高速摄像仪观察了电弧增材制造过程中电弧形态及熔滴过渡行为,同时通过建立电弧模型及熔滴过渡模型,分析了在不同电流波段及工艺参数下熔滴过渡频率及熔滴尺寸变化规律,最终揭示了电弧放电过程中电流密度、洛伦兹力等物理因素对熔滴过渡的作用机理。结果表明,电弧宽度与洛伦兹力决定熔滴在电弧放电过程中的受力大小,进而决定熔滴尺寸及其过渡频率。随着送丝速度从5.5 m/min增大至7.0 m/min时,电流峰值持续时间增加了1倍左右,同时电弧宽度与电流密度的随之增加,使得熔滴过渡过程中电磁力上升,熔滴尺寸下降14%且射滴过渡频率增加了3~4倍。当瞬时电流进入熄弧阶段时,熔滴过渡形式转变为短路过渡。随着送丝速度的增加,短路过渡频率从29 Hz减少至20 Hz。

关键词： 电弧增材制造技术   宏观形貌   微观组织   力学性能   工艺参数   多能场辅助  

摘要： 增材制造主要分为激光增材制造技术、电子束增材制造技术和电弧增材制造技术。相较于其他增材制造技术和传统加工方式,电弧增材制造技术具有成形速度快、成本低、材料利用率高,以及成形件化学成分均匀且性能优良等优势,被广泛应用于大型金属零件制造。电弧增材制造因具有多样化的应用方向,可以满足不同标准零部件的加工制造,已经逐步成为当下主流的零部件加工技术。主要介绍了单一热源(如钨极)气体保护增材制造技术、等离子弧增材制造技术、熔化极气体保护增材制造技术、冷金属过渡增材制造技术和多能场辅助电弧复合增材制造技术,包括磁场-电弧、激光-电弧和电场-电弧等复合增材制造技术等。从宏观形貌、微观组织和力学性能3个角度出发,分析了工艺参数或工艺自身特性对增材制造成形件宏观形貌的影响,讨论了成形件显微组织演变机制及其力学性能,同时提出了单一热源与多能场辅助电弧增材制造技术在现阶段存在的问题,并给出了建议。

关键词： 5CrNiMo钢   电弧增材   再制造  

摘要： 采用电弧增材再制造的方法对5CrNiMo合金钢进行修复工艺研究,利用焊条电弧焊的方法进行增材修复,分别采用不同的焊接工艺参数焊接。通过组织观察和性能检测,得到较优的工艺参数为焊接电流110A、预热温度500℃、焊后热处理温度600℃。

关键词： 2219铝合金   电弧增材制造   超声振动   显微组织   力学性能  

摘要： 在附加与焊枪同步运动的超声振动辅助条件下,采用电弧增材制造技术制备2219铝合金单道多层沉积件,并分析其显微组织与力学性能的变化。结果表明:附加超声振动后试样的晶粒明显细化,晶粒粒径在20μm以下的比例由29.32%提升至46.59%,平均粒径由36.80μm下降至30.19μm。同时,在试样的显微组织中出现了大量的亚晶区。经附加超声振动后,试样的显微硬度由79.9HV提升至93.8HV,试样在竖直方向上的拉伸性能得到了一定程度的强化,水平方向上的屈服强度也有所提升,但伸长率显著下降,这可能与拉伸件中存在的缺陷相关。

关键词： 电弧增材   逆向建模   快速响应   外场修复  

摘要： 以结构光三维扫描尺寸采集技术、Geomagic软件数据预处理和逆向重构建模与电弧增材制造技术为基础,搭建电弧增材再修复成形系统,包括尺寸采集模块、系统运算模块、执行单元模块与弧焊熔敷模块等四个模块。结合高机动性、高可靠性、能够快速响应的军用方舱与不断迭代优化的工艺数据库,搭建了一种能够适应外场的快速修复成形系统,极大地提升了电弧增材制造技术的扩展应用,补足外场快速响应修复的技术缺口。

关键词： 冷金属过渡加脉冲   电弧增材制造   熔滴过渡   流场   高强铝合金  

摘要： 新型冷金属过渡与脉冲(CMT+P)复合电弧技术实现了对电弧能量的精细控制,为获得高质量电弧增材成形件提供了可靠保证;然而CMT与脉冲协同作用过程中的熔滴过渡行为尚不清晰,其对增材过程稳定性、成形质量有重要影响。以高强铝合金为研究对象,基于流体力学和电磁学理论,采用动网格与界面追踪技术,综合运用数值模拟和原位观测试验手段研究了高强铝合金CMT+P电弧增材过程中的熔滴过渡行为。结果表明模拟结果与试验结果高度吻合;平均送丝速度为5 m/s时高强铝合金CMT+P电弧增材工艺的熔滴过渡呈现CMT阶段的短路过渡和脉冲阶段的一脉一滴射滴过渡的混合过渡模式;在短路阶段由熔丝机械拉力形成的金属液桥可有效避免熔滴飞溅,提高成形质量;在脉冲阶段熔滴受电磁力、表面张力、Marangoni力、重力和等离子流力耦合作用,在内部形成静止区,速度在静止区收敛或发散,呈流速上下反向的特点,进而影响熔滴过渡的稳定性。

关键词： 电弧增材再制造   疲劳性能   微观结构  

摘要： 以增材制造为核心的再制造技术有望在航空航天、武器装备等领域成为替代人工或减材再制造的核心再制造技术。增材制造采用逐层熔融沉积成型,其疲劳性能与常规制造材料相比通常具有较大差异。成型过程中移动热源反复熔覆,形成复杂热历史,造成材料微结构的复杂演变。因此,增材制造材料疲劳裂纹扩展性能也存在一定的各向异性。以电弧增材再制造低碳钢为对象,针对裂纹扩展性能,研究电弧增材制造与常规热轧制造材料之间,以及电弧增材制造材料不同取向之间疲劳裂纹扩展速率的差异。分析造成疲劳裂纹扩展性能差异的微观层面机理,为电弧增材再制造材料在关键领域应用提供支持。

关键词： 增材制造   316L不锈钢   绝热剪切带   微观组织   孪生再结晶  

摘要： 绝热剪切失效是增材制造金属材料在高应变率载荷下的重要失效方式。使用电火花从冷金属过渡电弧增材技术制备的316L不锈钢单壁上沿着制造方向和扫描方向割出动态加载圆柱试样(尺寸为φ4 mm×4 mm)。采用分离式霍普金森杆对增材制造316L试样在应变率4 000到6 000 s^(-1)下加载至绝热剪切状态,研究了其动态剪切变形行为特别是剪切带内微观组织特征结构。不同应变率动态加载下,电弧增材制造316L不锈钢的动态应力首先由于应变硬化而增大,随后绝热剪切热软化与应变硬化的平衡导致了动态变形最后阶段的应力平台效应。绝热剪切带中亚晶经历了动态再结晶过程,具有与基体完全不同的等轴晶形貌,晶粒尺寸大约在200~300 nm。动态剪切复杂热力过程导致剪切带内的亚晶形成了双重织构,既有与基体一致的沿着压缩方向的<110>丝织构,也有与宏观剪切方向相关的晶体学织构,即(111)沿着宏观剪切面,<112>沿着宏观剪切方向。不同剪切带的等轴亚晶都有大量残余Σ3 60°晶界,同时存在与基体相同的孪生织构,可以证明孪生再结晶是绝热剪切带内亚晶主要的动态再结晶机制。宏观绝热剪切带发展路径沿着压缩面35°的对称路径发展,这除了符合动态加载下试样中最大应变和热场分布的外加物理条件,还符合剪切面(111)与基体(110)面交角为35.2°的晶体学条件。此外,基体中存在大量微观局部变形带来承载应变,微观局部变形带内亚晶也具有与基体孪晶组织不同的位向和形貌。

关键词： 旁路分流   镍铝青铜   钢   丝材电弧增材制造   热处理  

摘要： 使用旁路分流熔化极惰性气体保护焊(bypass current metal inert gas welding,BC-MIG焊)在水冷条件下增材制造镍铝青铜(nickel aluminum bronze,NAB)和25号钢复合结构,以评估异种金属增材制造的可行性.通过光学显微镜、扫描电子显微镜、万能试验机和硬度测试仪研究了热处理前后复合结构的微观组织和力学性能的影响.通过X射线衍射仪研究了界面附近残余应力,结果表明,在BC-MIG焊的低热输入和水冷的高冷却速率下,结构件表面成形良好且自由变形较小,接头未发现缺陷和裂纹.热处理促进了Cu,Fe元素的相互扩散,扩散层由4μm提高到了17μm,但界面没有形成Fe-Al金属间化合物层.在水冷条件下,钢的残余应力分布在−350~−250 MPa之间,而NAB的残余应力差异较大,在−550~90 MPa之间.拉伸试验结果表明,热处理后,由于残余应力降低,结构的抗拉强度略微降低,但断后伸长率明显提高.创新点:(1)将BC-MIG焊和水冷结合用于NAB/钢增材制造,有效控制了焊接热输入,解决了NAB/钢界面渗透裂纹和脆性金属间化合物问题.(2)采用适当的焊后热处理提高了韧性并降低了残余应力,阐明了残余应力降低的机理.

关键词： 电弧增材制造   研究现状   缺陷分析  

摘要： 从电弧增材制造(Wire arc additive manufacturing,WAAM)的优势出发,总结了钛、铝、镍、钢4种常用于电弧增材制造的材料,举例其在增材过程中常出现的一些缺陷,并分析产生的原因,最后对增材制造未来发展的趋势做出了展望。