关键词： 电弧增材制造   铝合金   成形工艺   质量控制   研究进展  

摘要： 增材制造技术是制造业信息化、数字化、智能化的重要组成内容,而电弧增材技术在铝合金成形中具有较好的应用优势。从金属增材制造技术分类、发展历程、标准规范、技术原理等方面,对比分析了不同增材制造技术的优势与局限。特别介绍了以冷金属过渡技术为代表的电弧增材技术,讨论了电弧增材技术的自身优势与局限性,及其应用于铝合金结构件一体化制造的优势。从成形工艺、气孔缺陷、强韧化技术等多方面综述了国内外铝合金电弧增材技术的研究发展,介绍了目前国内外在铝合金电弧增材制造方向的研究工作以及遇到的主要问题,重点分析了铝合金电弧增材制造样品强韧化方法与效果,介绍了国内外的相关优秀案例。最后总结了未来铝合金电弧增材制造技术需要着重解决的问题与方向,包括原材料质量问题、几何精度问题、气孔、热裂纹和残余应力问题、组织和力学性能问题。

关键词： 金属点阵结构   电弧增材制造   铝合金   装备   药芯丝材  

摘要： 电弧增材制造技术是制备点阵结构的有效方法。研究了点阵结构电弧增材制造装备、铝基药芯焊丝设计与制备技术、激光约束电弧工艺和点阵杆件直径、角度控制方法,制备了典型点阵结构示范件。点阵结构电弧增材制造装备由增材制造单元、激光单元与监测单元组成。设计自生Al_(2)O_(3)相铝合金药芯丝材Al-Cu-NiO合金体系,制备出直径1.2 mm的药芯丝材,堆积杆件具有较低的热导率。激光激发大量中性粒子电离,使电弧中的带电粒子大幅度增加,对电弧存在约束和稳定作用,提高成形精度。控制电弧增材制造熔滴体积与个数,可制备直径为2.5~7.0 mm的点阵单元杆件。控制电弧增材制造电弧枪纵向与横向运动量,可制备角度为15°~90°的点阵单元杆件。利用点阵结构电弧增材制造技术实现了平面点阵结构、圆柱面点阵结构和曲母线面点阵结构的高精度成形,点阵结构的平均压缩强度为58.53 MPa,具有较高的承载性能。在点阵测试件的上表面施加均匀热源,热源温度为500℃,时间600 s,测试件下表面温度约93℃,具有较高的隔热性能。

关键词： 增材再制造   随形堆积   轨迹规划   稳定性分析   滤波算法  

摘要： 电弧增材再制造根据损伤零件的既有形貌实施修复,通常面临空间约束问题。焊枪运动轨迹规划不仅需避免与既有零件发生干涉,还需根据局部形貌变换堆积姿态保证成形质量。提出了面向机器人现场原位修复的焊枪运动轨迹规划方法,具体介绍了机器人原位增材修复的基本工艺流程,构建了基于损伤零件表面三维点云处理的随形堆积焊枪姿态求解算法,阐明了焊枪运动轨迹生成及焊枪运动稳定性提升机制。针对实际损伤件,生成了焊枪运动轨迹,验证了算法的有效性。与其他经典算法进行对比,结果表明本研究提出的算法在提升焊枪稳定性方面的优越性。

关键词： AZ91镁合金   电弧增材制造   工艺优化   成形控制  

摘要： 针对镁合金电弧增材制造表面成形质量控制的难题,通过Design-Expert软件对AZ91镁合金TIG电弧增材的电流、送丝速度、增材速度等工艺参数和熔覆层层宽之间进行建模,探索了各工艺参数对增材层宽的影响规律,并利用增材主要工艺参数和尺寸的数学模型优化了增材电流,根据电流优化值来控制直壁构件层宽。结果表明,对层宽影响最大的是增材电流,其次是增材速度,影响最小的是送丝速度;采用优化后的工艺增材制备的单道多层构件自上至下的层宽波动起伏小,层宽偏差值由4.54 mm减小到0.94 mm,提高了AZ91镁合金增材成形质量。

关键词： 电弧增材制造   数值模拟   温度场  

摘要： 利用Workbench有限元分析软件,采用生死单元与移动热源结合的方法对电弧增材过程温度场进行研究,实现了不同工艺参数下增材制造过程温度场数值模型的建立与求解。结果表明:固定输入条件下成形件多层累积增材过程中热量积累效应逐层增强;相同热输入下,增材第1层至第10层,增材过程中焊道中点温度由2354.9℃升高到2879.7℃;控制层间冷却时间、改变逐层热输入均可减少热量的累积,通过控制层间冷却时间使得层间温度低于600℃,同时改变逐层热输入参数使增材过程最高温度降低了约10%。

关键词： 耐磨钢   电弧增材制造   组织结构   摩擦学性能   力学性能  

摘要： 研究了电弧增材制造耐磨钢的组织结构、力学性能和摩擦学性能。结果表明:电弧增材制造耐磨钢试样的外观形貌质量良好,未发现气孔、裂纹等缺陷,试样内部为良好的冶金结合,金相组织主要为马氏体;透射电镜结果显示,电弧增材制造耐磨钢试样的晶体结构为马氏体,试样中存在碳化物、夹杂物和位错;试样截面在纵向和横向显微硬度分布有较大波动,其截面纵向和横向的平均显微硬度分别为601和597 HV0.5;试样的室温屈服强度为1112 MPa,抗拉强度为1259 MPa,室温下试样夏比冲击值的均值为4.2 J;电弧增材制造耐磨钢试样在载荷为5~25 N的摩擦磨损测试条件下的磨损率约为10^(-6)~10^(-5)mm^(3)·(N·m)^(-1)量级,摩擦因数为0.24~0.69,具有较好的耐磨性能。

关键词： 电弧增材制造   横向交变磁场   铝合金   显微组织   力学性能  

摘要： 为细化铝合金电弧增材成形组织晶粒、减少组织缺陷、提高熔覆层的力学性能,在电弧增材成形过程中耦合横向交变磁场制备了铝合金熔覆层,并对熔覆层微观组织结构和力学性能进行表征分析,研究了在横向交变磁场中励磁电流变化对熔覆层组织和性能的影响。结果表明:在磁场作用下,凝固组织中粗大柱状晶数量减少,等轴晶数量增多,晶粒尺寸细化。当励磁电流为11 A时,熔覆层截面平均显微硬度为83.9HV,较无磁场时提高近10%。当励磁电流为8 A时,在横、纵两方向上抗拉强度分别为275.7 MPa、254.3 MPa,平均延伸率分别为21.9%、26.2%,综合力学性能均高于未引入磁场。

关键词： 电弧熔丝增材制造   超声冲击处理   低碳高强钢   组织特征  

摘要： 电弧熔丝增材制造低碳高强钢过程中产生的组织粗大和各向异性等问题一定程度上限制了该技术的应用和发展。在电弧熔丝增材制造过程中引入层间超声冲击处理,以改善制件的组织状态和各向异性,采用光学显微镜和扫描电子显微镜等手段对超声冲击前、后的组织状态进行了对比。结果表明,经过超声冲击处理后,具有明显方向性的典型柱状晶组织转变为均匀、细小的等轴晶组织;电子背散射衍射结果表明,超声冲击强化可改善组织的方向性并大幅细化晶粒。这是因为超声可以打破组织内部对位错运动的限制,促进位错合并和湮灭,进而形成大量亚结构,并在后续沉积层的热效应作用下发生部分再结晶。这种转变会阻碍柱状组织的生长,并将柱状组织分成具有小纵横比的胞状或等轴状组织。

关键词： 电弧熔丝增材制造   航空装备   铝合金   钛合金   发展路线图  

摘要： 电弧熔丝增材制造技术(wire arc additive manufacturing,WAAM)是一种高沉积效率的增材制造技术,采用逐层堆积的方式制备多种高性能的金属结构件,针对航空装备的大型、中等复杂的铝合金、钛合金WAAM成形技术的研究获得广泛关注。本文对WAAM技术定义、技术分类、成形系统及原理进行论述,综述了近年来国内外航空航天领域WAAM成形铝合金、钛合金的组织特性、冶金缺陷及质量改善、典型构件技术应用等方面的研究进展,分析了目前航空装备的大型、中等复杂构件WAAM成形技术所面临的关键共性问题,并提出了2035年WAAM成形技术路线规划图。

关键词： 双钨极TIG电弧增材制造   熔敷效率   双丝   工艺窗口  

摘要： 双钨极TIG电弧具有低电弧压力特性,能够在大电流下避免驼峰、咬边等缺陷,提高熔敷效率。为将其应用于增材制造,采用单丝输送和双丝输送两种模式,针对200 A以上的大电流双钨极TIG电弧,研究熔敷电流、送丝速度、行走速度对熔敷成形的影响。结果表明,在单丝输送模式下,200~350 A电流范围内,送丝速度过快会导致熔敷道铺展不良,而在350 A以上,送丝速度过快会导致插丝缺陷;采用双丝输送模式,能提高电弧熔丝热效率,有效降低插丝倾向,提高熔敷效率。最终得出200~650 A电流下的最大许用送丝速度和行走速度范围,为双钨极TIG电弧增材制造提供了成形良好的工艺窗口。双钨极TIG电弧增材在650 A熔敷电流下依然能够成形良好,熔敷效率达到5.36 kg/h。