关键词： 水力发电机   转轮   中间法兰   电弧增材   铜合金密封层  

摘要： 水电是重要的清洁和可再生能源。水电利用高坝形成的高压水流冲击转轮旋转发电。水流冲击转轮时,有水从转轮组件与固定的中间法兰间隙溢出。水流中夹杂着细小砂砾,为减少对高价值的转轮组件磨损和腐蚀,在钢基体的中间法兰的密封面增材一层铜合金。原用人工电弧堆焊方法增材铜合金层,再加工成型。人工堆焊的人力和材料消耗大、作业环境差、作业时间周期长、能耗高、堆焊层存在缺陷、难以实现自动化生产和法兰变形量大。本文研究CMT冷金属过渡电弧焊接技术增材铜合金层的工艺,对比了人工和CMT堆焊的效果,结果表明CMT堆焊层缺陷少,作业时间周期减少了约82.5%、材料减少了约75%、能耗减少约83.4%,结合强度基本一致。

关键词： 钛合金   增材制造   温度   残余应力   数值模拟  

摘要： 电弧增材制造是一种高效、低成本增材制造技术,然而,电弧增材制造较高的残余应力会对增材零件的性能产生不利影响,因此,深入研究电弧增材制造过程中残余应力的形成机制、分布特性及其影响规律对于优化制造工艺、提升增材零件的性能至关重要。利用Abaqus软件建立了接近实际的钛合金电弧增材单道多层直壁零件的几何模型,通过数值模拟的方法,模拟了钛合金多层电弧增材过程中的温度场和残余应力场的分布。结果表明:随着增材层数的增加,熔池最高温度增加,冷却速率下降,在增材开始处和结束处出现残余应力集中;同时,由于增材重熔作用导致的应力释放效应,增材层数的增加会降低应力集中。

关键词： 电弧增材制造   2219铝合金   同步超声冲击   残余应力   有限元分析  

摘要： 由于铝合金增材制造制备构件时,构件内部留存大量残余应力,施加超声冲击降低残余应力后可大幅提高构件性能。通过附加同步焊枪运动的超声冲击,来辅助电弧增材的过程,制造2219铝合金单层多道沉积件,并对该辅助条件下制备的沉积件的残余应力及材料变形情况进行试验测量和数值模拟,分析了同步焊枪的单超声冲击辅助对残余应力和材料变形的影响。模拟结果显示,施加同步超声冲击辅助后,沉积件内的应力得到释放,在刚沉积完的区域应力集中减小得不明显,附加超声冲击的沉积件的等效残余应力和未附加超声冲击的沉积件的等效残余应力变化趋势一致,但拉应力值明显降低,等效残余应力峰值由未附加超声冲击时的217.5 MPa下降至附加超声冲击时的163.1 MPa,沉积完成且冷却300 s后的平均等效应力值由153.12 MPa下降至114.43 MPa,残余应力下降了25.27%。实际测量得到的表面残余应力的范围由90.03~207.71 MPa下降至54.25~141.62 MPa,平均残余应力下降29.16%。试验及模拟证实,附加超声冲击辅助后铝合金构件残余应力降低,性能有效提高,应用领域得以拓宽。

关键词： 高氮钢   冷金属过渡电弧增材   微观组织   机械性能   中性盐雾试验  

摘要： 采用冷金属过渡电弧增材技术在不同层间温度下(50℃、150℃和250℃)制备高氮钢直壁样件,开展了层间温度与组织和性能的相关性研究。研究结果表明:层间温度对成形质量有显著影响,50℃时成形效果最佳;增材工件主要由奥氏体和铁素体组成,其中铁素体以骨架状和蠕虫状分布在奥氏体基体中;降低层间温度可提高熔池冷却速度,减小树枝晶二次枝晶臂间距,限制氮气泡聚集长大过程,从而降低微米级氮气孔的尺寸和数量,减少氮损失量,低层间温度促进细晶粒生成,提升硬度,而较高层间温度则导致晶粒粗化,降低硬度;拉伸性能方面,低层间温度增强了抗拉强度,而高温则通过第2相析出改善拉伸性能;材料具有各向异性,横向试样的抗拉强度较为优越;断口形貌揭示微孔聚集型断裂模式,其中锰氧化物及氮气孔的存在对增材工件拉伸性能构成不利影响,气孔等缺陷易成为腐蚀起点,氯离子在高氮钢表面促进原电池形成而造成氯离子侵蚀;高氮钢中的固溶氮可抑制溶液pH值降低,促进样本表面快速再钝化,推迟钝态破坏,氮含量随层间温度升高而降低,增材工件耐腐蚀性降低。

关键词： 2319铝合金   电弧增材制造   动态力学性能   变形组织  

摘要： 由于铝合金结构件在实际服役过程中受到复杂载荷的作用,需要研究其在不同应变速率下的力学行为,对其静动态力学性能进行研究。采用电弧增材制造技术制备了2319铝合金薄壁样件,并通过准静态压缩试验和分离式霍普金森压杆试验分别研究了其在准静态和不同应变速率下动态的压缩力学性能。研究结果表明,沉积态的2319铝合金表现出明显的应变速率强化效应,与静态曲线相比,动态曲线上移。试样的屈服强度和最大流动应力均随着应变速率的增大而增大,但应变硬化率却表现出相反的变化趋势,并且屈服强度和最大流动应力的增幅也逐渐减小,这可能是由应变速率引起的硬化效应和由绝热温升引起的热软化效应相互竞争的结果。同时,随着应变速率的增大,竖直方向试样的柱状晶粒逐渐向垂直压缩载荷的方向发生更大的伸长变形,原有的沿<001>方向(沉积方向)的织构强度逐渐减弱,核平均取向差也逐渐增大,小角度晶界所占的比例略有下降。

关键词： 电弧增材制造   铜铁合金   金相组织   接触电阻   摩擦磨损  

摘要： 铜铁合金兼具优异导电、导热性能和优良强韧性、软磁性能，是一种优良电接触和电磁屏蔽材料，在航空航天、国防军工、电子通讯的电接触装置及电磁屏蔽设备上具有广阔的应用前景。本文采用双丝电弧增材制造技术制备不同铜含量的铜铁合金，并通过金相显微镜、维氏硬度计和载流摩擦磨损试验机测试其显微组织、硬度、动态表面接触电阻及碳棒的磨损量。结果表明，随着铜质量分数从0增加到100%，铜铁合金的微观组织从连续交错的铁素体相逐渐演变为离散的球形和枝晶状分布，最终形成纯铜相，其中Cu-60%时富Cu相与富Fe相分布最均匀。合金硬度随铜含量增加先升高后降低，少量铜促进珠光体形成提高硬度，而过量铜因软相增多导致硬度下降。表面接触电阻随铜含量增加逐渐降低，得益于铜的优异导电性。碳棒磨损量受硬度和摩擦系数共同影响，呈现先增后减的趋势：低铜含量时高硬度和摩擦系数加剧磨损，而高铜含量时润滑和散热性能改善，磨损减轻。

关键词： 电弧增材制造   机构自由度   成形质量   成形效率   热输入  

摘要： 电弧增材制造技术作为一种低能耗、可持续的绿色制造技术,极为适合大型复杂构件的低成本、高效制造。然而,复杂结构和高性能构件的制造需求对电弧增材制造装备系统提出了很大的挑战。目前,电弧增材制造装备系统的成形精度、质量以及稳定性限制了其进一步发展和应用。阐述电弧增材制造的技术原理,从机构自由度、成形精度和质量、成形效率以及热输入控制等方面总结了电弧增材制造装备系统的发展现状,并结合电弧增材制造技术在工业制造领域的应用实例探讨其广阔的应用前景,最后展望该领域未来的发展方向。通过对装备系统与应用进展的阶段性总结,旨在促进电弧增材制造的进一步工业化应用。

关键词： 高强铝合金   电弧增材制造   气孔   微观组织   耐腐蚀性能  

摘要： 采用冷金属过渡和脉冲(cold metal transfer and pulse,CMT+P)复合电弧增材制造工艺制备2024铝合金增材件,研究2024铝合金CMT+P电弧增材制造气孔缺陷、晶粒形貌、物相析出的分布特征,以及不同工艺参数对气孔缺陷、晶粒形貌、物相析出和耐腐蚀性能的影响。结果表明:2024铝合金增材件的气孔主要分布于熔合线附近,热输入相同时,更快的送丝速度和电弧行驶速度导致更高的孔隙率。同一沉积层上部为无择优取向的等轴晶,下部为具有择优取向的柱状晶,热输入相同时,更快的送丝速度和电弧行驶速度导致细晶区的产生,增加等轴晶比例,减弱织构。析出的二次相主要为Al_(2)CuMg,Al_(2)Cu和富Fe,Mn相,沿晶界连续分布。影响增材件腐蚀初期耐腐蚀性能的主要因素为Al_(2)CuMg的析出量。更慢的送丝速度和电弧行驶速度下具有更好的耐局部腐蚀性能,这主要是由更低的Al_(2)CuMg相比例分数导致。

关键词： 超级双相不锈钢   BaF活性剂   各向异性  

摘要： 采用直径为1.2 mm的ER2594超级双相不锈钢焊丝进行了多层单道墙体电弧增材试验,并在增材过程中以涂覆的方式引入了BaF作为活性剂,对增材件在构筑方向和沉积方向的显微组织及力学性能进行了分析。结果表明:通过在电弧增材过程中添加BaF活性剂,可消除微观组织中的柱状晶,从而降低构筑方向和沉积方向上组织分布的差异性,实现了电弧增材超级双相不锈钢微观组织的均匀化。该方法还显著降低了材料硬度和拉伸性能的各向异性。

关键词： 电弧熔丝增材制造   镁合金   冶金缺陷   微观组织   综合性能   调控策略  

摘要： 电弧熔丝增材制造(WAAM)作为一种新兴的增材制造工艺,具有沉积效率高、成本低等优势,有望实现大型轻质镁合金复杂构件的一体化成形和规模化生产。然而,由于镁合金的低熔/沸点和高导热率等材料特性,导致WAAM构件中存在非均匀组织、冶金缺陷及应力变形,大幅降低了材料的可靠性和服役寿命,难以满足高端装备领域的使役要求,是亟需攻克的瓶颈问题。本文首先阐述了WAAM成形镁合金的工艺优势和技术挑战,然后从主流工艺、成形质量、冶金缺陷、组织特征和综合性能5个方面综述了近年来国内外关于镁合金WAAM成形方面的研究,并总结了基于液态熔池和固态层间的在线调控策略以及基于热处理和表面强化的整体后处理方案,为大型复杂镁合金构件的高质量成形提供相应的理论基础和指导策略。最后,从材料成分设计、组织缺陷在线调控、后处理形性协同调控以及构件性能评价等方面对WAAM镁合金的未来发展趋势与研究方向进行了总结与展望。