关键词： 钢/铅双金属结构   金属间化合物   熔融沉积成形   反应润湿  

摘要： 采用熔滴沉积复合钨极氩弧焊(TIG)电弧增材制造工艺实现了45钢/锡铅合金双金属结构的直接冶金结合。利用OM、SEM、XRD等研究了钢/铅双金属增材制造结构界面不同位置特征区域的金相组织、界面元素分布和主要物相。结果表明,采用熔滴沉积复合TIG电弧增材制造工艺成形的钢/铅双金属结构界面无明显裂纹、孔隙等宏观冶金缺陷;根据钢/铅界面金属间化合物(IMCs)的分布状态判定,铅合金熔滴在45钢表面的冲击、铺展过程中,同时存在“反应性润湿”和“惰性润湿”,反应性润湿界面存在微小波动并且界面处IMCs为FeSb2和FeSn2,惰性润湿界面未析出反应产物且存在微孔隙缺陷。熔池中心处的界面IMCs层厚最大,IMCs层厚约为6μm,随着测试位置逐渐远离熔池中心,界面IMCs层厚呈非线性递减趋势。

关键词： 电弧增材制造(WAAM)   交流磁场   气孔   组织性能  

摘要： 为了提高铝合金电弧增材制造微观组织和力学性能,采用纵向交流磁场对铝合金电弧增材制造各向性能影响的研究,以铝硅焊丝作为填充材料,在不同励磁电压下进行单道单层和单道多层沉积试验。结果表明:随着励磁电压的增加,沉积试样的截面孔隙率逐渐降低,当励磁电压达到7.5 V时,焊缝截面孔隙率逐渐提升。在交流磁场的作用下,沉积层的微观组织发生改变,在沉积层的部分区域生长的较细柱状晶粒和等轴晶粒明显增多,横向抗拉强度和纵向抗拉强度相比于无磁场下的分别提升了11.6%和9.6%,拉伸断口处有较多的气孔并且都是从气孔处断裂。交流磁场能明显改善铝合金在电弧增材制造过程中的孔隙率、微观组织和力学性能。

关键词： 低合金钢   电弧熔覆   高强复合板   耐磨性   冲击韧性   显微硬度  

摘要： 采用熔化极气体保护(MAG)焊熔覆得到以Q345钢为基体的耐磨复合板。设计了两种熔覆方案:一种是焊道之间无覆盖,另一种是焊道之间有覆盖(覆盖率约50%)。其他工艺条件为:电流160~180 A,电压20~24 V,保护气体流量10~15 L/min,熔覆速率450 mm/min,干伸长度16 mm。采用金相显微镜和光学显微镜分析了熔覆层、熔合区和热影响区的组织结构。对比了采用不同方案所得熔覆试样的显微硬度、耐磨性和冲击韧性。结果表明:两种熔覆方案获得的复合板外观均良好,无明显缺陷,且以马氏体组织为主。采用方案一时复合板具有较好的韧性,但熔覆层的硬度略低,耐磨性较差;采用方案二所得复合板的韧性不如方案一,但硬度较高,耐磨性更好。

关键词： TIG焊   电弧增材制造   成形工艺   辅助制造  

摘要： 电弧增材制造(wire arc additive manufacturing,WAAM)是近年来发展较快的一种净成型的金属构件制造工艺,其中基于TIG焊的电弧增材制造由于沉积过程稳定无飞溅,沉积速率快,材料利用率高、柔性化程度高等特点被应用于航空航天、军工等领域。总结了不同工艺参数对材料组织和力学性能的影响,包括电流、焊速、保护气种类以及送丝角度;介绍了热积累和焊道的偏移量对成形质量的影响,提出相应的解决措施;最后介绍了不同沉积前处理和辅助制造工艺来优化构件性能,并对TIG焊WAAM的发展趋势及研究方向进行了展望。

关键词： 电弧增材制造   工艺参数   路径规划   性能   在线监测  

摘要： 电弧增材制造(WAAM)技术具有效率高、能量利用率高、经济成本相对较低且适用于大型零部件的制造等优势,已被广泛应用于航天航空、汽车工业等领域。文中从电弧增材制造的全过程出发,以提高电弧增材制造构件精度和组织性能为目标,综述了国内外形性调控材质的研究进展,深入分析和讨论了增材制造各个阶段,包括工艺参数、路径规划、特殊能场辅助、增材复合制造,基于此过程提出对在线质量监测方面的探讨。最后,针对电弧增材制造技术面临工艺方案缺乏普适性、路径规划软件适用性不强、在线监测技术不成熟、构件质检无统一标准等主要挑战,进一步对电弧增材制造未来发展方向进行阐述,即建立工艺数据库、开展多源信息传感融合研究、研发高效模型切片和路径规划一体化软件等。

关键词： 熔滴过渡   熔池   流体流动   数值模拟  

摘要： 基于FLUENT有限元软件，考虑熔滴与熔池的磁流体动力学，建立了熔滴-熔池耦合的三维瞬态传热与流体流动数学模型，对低碳钢单道单层传热和流体流动过程进行了模拟。结果表明，熔滴过渡过程中，电磁力是导致熔滴缩窄的主要因素，并且熔滴的流速变化很大，熔滴最大垂直流动速度可达到1.08 m/s。熔滴进入熔池时，熔滴冲击会使得熔池产生“凹坑”，且熔池在流动过程中会有“台阶”效应。模拟结果与实验结果吻合较好，验证了模型的有效性。

关键词： 数据库   电弧熔丝增材制造   打印工艺   焊缝形貌预测   BP神经网络  

摘要： 通过对电弧熔丝增材制造(Wire and arc additive manufacturing, WAAM)单道焊缝试验数据的分类整理,分析用户需求和使用需要,基于python编程语言下的Django框架,采用B/S架构开发了一个电弧熔丝增材制造数据库系统。试验结果表明,该系统采用数据库与算法预测模型结合的方式开发而成,主要设置了用户权限管理、基本打印数据和焊缝形貌预测三大模块,具有存储扩展打印试验数据功能和预测未知工艺参数下焊缝形貌的功能。不同的打印工艺方法引入不同的BP神经网络结构,使用时数据库系统自动读取库内已有的算法模型或根据已有的试验数据训练新的模型,之后录入试验数据会自动对模型重新训练,实现随数据库内试验数据扩展或修正自动适应的参数预测,能够预测未知工艺参数下的焊缝形貌尺寸。最后,基于MIG工艺设计了1组验证试验对数据库的预测功能效果进行检验,熔宽预测误差为1.3%,余高预测误差为1.5%,说明了数据库系统预测功能的可行性。

关键词： 电弧增材制造   工艺规划   切片方法   路径规划  

摘要： 电弧熔丝增材制造是一种高效快速近净成形制造技术,凭借其低成本、高柔性的显著优势成为中/大型金属零件制造的热点研究方向及首选方案。概述了近年来电弧熔丝增材制造技术在成形轨迹及工艺规划方面的研究进展,总结了三维模型切片方法、具有不同几何特征的二轮轮廓路径规划方法、典型结构的特殊路径规划策略及成形工艺参数优化与控制策略,介绍了多方面提高表面质量与成形精度的工艺方法及悬垂结构、倾斜结构的无支撑打印策略,最后总结了电弧熔丝增材制造技术当前研究进展,指出了未来提升电弧增材制造装备及工艺控制的智能化水平的研究方向。

关键词： 镁合金   电弧增材制造   成形质量   凝固缺陷   组织性能  

摘要： 镁合金是航空航天装备结构件轻量化制造的重要结构材料之一,电弧增材制造技术为大型、整体、高性能难加工金属构件的低成本、高效率制造提供了新的途径。采用电弧增材制造大尺寸镁合金复杂构件可满足航空航天高端装备轻量化、低能耗、高质量、高效率的迫切需求。综述了国内外研究团队在镁合金电弧增材制造方面取得的研究成果和进展,系统归纳了不同电弧增材工艺对镁合金构件控形改性的影响,从增材成形质量、构件组织性能和内部缺陷调控三个方面论述了镁合金电弧增材的成形特征、显微组织演化、冶金缺陷及力学性能特点,指出了镁合金电弧增材制造目前存在的问题及未来需重点关注的研究方向。

关键词： 电弧增材制造   间隙填充   温度场   Visual Environment  

摘要： 为探究间隙填充模型提高表面质量的热原因,课题组利用Visual Environment软件建立电弧增材制造间隙填充有限元模型,分析了基体与填充体的温度历程,对比间隙填充模型与传统搭接模型中间道温度场变化,探讨填充体增材方向及冷却时间对温度场的影响,并通过试验验证模拟结果。结果表明:间隙填充体峰值温度相较搭接体温度降低了176℃,基体与填充体运动同向与反向差别较小;随着冷却时间增加,填充体中点峰值温度逐渐减少且幅度变缓。间隙填充使峰值温度明显降低,基体与填充体同向及适当增加冷却时间可使增材制造温度分布更加均匀,得到更好的表面质量。