关键词： 铝合金   电弧增材制造   智能制造  

摘要： 铝合金电弧增材制造技术(Wire Arc Additive Manufacturing, WAAM)作为一种新型增材制造方法,凭借其独特的材料沉积方式和高效制造能力,近年来在轻质结构件的制造领域获得了广泛关注。该技术结合了电弧焊接与增材制造的优点,具备高材料利用率和低生产成本等特点,尤其适用于铝合金等轻质金属材料的快速制造。首先,回顾了铝合金电弧增材制造的技术现状,包括原理及工程应用实例;其次,分析了其面临的主要技术挑战,包括残余应力与形变、裂纹与分层、孔隙率等问题;最后,探讨了铝合金电弧增材制造技术的发展趋势,包括智能化与自动化、铝合金性能优化与多材料协同制造、与传统工艺结合等方面,并展望了未来该技术在航空航天、车船制造等领域的应用潜力及发展方向。

关键词： 电弧增材制造   马氏体时效钢   直接时效   奥氏体逆转变   各向异性  

摘要： 采用电弧增材工艺制备18Ni350马氏体时效钢(M350)直壁构件,通过直接时效热处理调控其微观组织与力学性能,研究不同时效条件(时效温度,时效时间)对电弧增材制造M350组织和性能的影响。结果表明:电弧增材制造M350钢凝固组织由柱状树枝晶和胞状树枝晶组成,在枝晶间区域发现Ni,Mo和Ti三种元素偏析。直接时效过程中,在Ni,Mo和Ti三种元素偏析的枝晶间区域发生马氏体相向奥氏体相逆转变,且随时效温度升高和时效时间延长,逆转变奥氏体尺寸与数量增加。显微硬度、屈服强度和极限抗拉强度呈现先增大后减小趋势,在530℃时效3 h时达到峰值,分别为534HV,1600,1658 MPa,同时断后伸长率保持在13.0%以上。此外,电弧增材制造M350力学性能在水平方向和垂直方向存在各向异性,在峰值时效条件下各向异性差值达到最大,屈服强度差值为360 MPa,极限抗拉强度差值为287 MPa。

关键词： 电弧熔丝增材制造   钢/镍异种金属   温度场   交织界面  

摘要： 为了提升钢/镍异种金属管状结构(内壁为镍,外壁为钢)整体增材制造成形强度,采用电弧双丝增材制造技术,提出了由外向内、自下而上的双丝交织路径.利用红外热成像仪记录沉积过程温度场,利用背散射衍射(EBSD)对金相试样界面展开分析.结果表明,整体结构无明显裂纹及变形等缺陷;内层与外层在沉积过程中温度场变化数值较小,其对连续几何成形精度影响可基本忽略;钢与镍在界面处形成交错编织的形貌,两侧晶粒无明显的择优取向,两种金属以互溶的形式存在,交织界面存在明显的局部应力集中,晶粒未发生明显的再结晶现象且结构形式稳定.文中提出的交织路径可实现钢/镍异种金属界面固溶强化及界面自锁,为高性能异种金属结构增材制造提供解决思路.

关键词： 钛合金   摆动激光   增材制造   成形   组织性能  

摘要： 研究了不同激光摆动参数对激光-电弧复合增材制造轨道交通用TC4钛合金成形质量、微观组织及力学性能的影响。与传统的电弧增材制造相比,摆动激光能诱导电弧,增强了增材过程电弧稳定性。采用0.5 mm的小摆幅时增材成形质量较好,而激光不摆动时成形起伏较大,摆幅1mm时则墙体粗糙度较大。在摆动幅度为0.5mm时,形成典型的钉子状熔深,有效细化了晶粒尺寸,而当激光不摆动和摆幅过大时,熔合线近乎水平,晶粒垂直向上连续生长,导致晶粒尺寸粗大。在0.5 mm摆幅下,细化晶粒效果最为显著,试样的拉伸性能最佳,横向拉伸强度为814.74 MPa,纵向拉伸强度可达到949.07 MPa。

关键词： 四钨极电弧   增材制造   00Cr13Ni5Mo不锈钢   原位热处理   微观组织   力学性能  

摘要： 为解决电弧增材制造存在的力学性能各向异性问题,提出一种四钨极热源增材制造技术,利用四钨极超高热输入特点对基于00Cr13Ni5Mo不锈钢的沉积件进行原位热处理,以期实现柱状晶向等轴晶转变过程.研究了沉积件不同位置的微观组织特征,并通过拉伸试验与冲击试验重点考察了沉积件不同方向、不同位置的力学性能.结果表明,通过原位热处理可以使沉积件微观组织由柱状晶向等轴晶转变,晶粒平均长度由44.28μm降低至4.86μm,从而显著改善沉积件力学性能的各向异性;沉积件微观组织由回火索氏体、回火马氏体、逆变奥氏体及碳化物组成;沉积件的平均硬度为(279.4±10)HV10、室温屈服强度为(903.7±11)MPa、在0℃冲击吸收能量为(207.6±10)J.综上所述,沉积件微观组织与力学性能各向异性程度较小,该技术为改善电弧增材制造微观组织与力学性能各向异性提供了一种可行性方案.

关键词： 多电极电弧   电弧增材制造   热质传输   电弧特性   成形控制  

摘要： 针对成型件高精度控形与低损伤控性的实现需求,以及在增加熔敷量的同时达到热源热、质、力深度解耦的目标,多电极电弧焊接/增材技术已逐渐成为学术界与工业界共同关注的热点。本文对多电极电弧工艺的发展历程进行了系统综述,全面梳理了多电极电弧焊接与增材领域的前沿研究成果,并对多电极电弧中不同类型的耦合电弧进行了分类总结,多电极电弧系统通过引入多个电极,实现了对耦合电弧热质力传输过程的更精细调控,有助于优化沉积层的成形质量,降低缺陷,提高制造精度。强调了不同类型多电极电弧工艺在热源和电极排布方式,热质力解耦传输特性的区别,总结了焊接过程参数对耦合电弧稳定性的影响机制,最后,本文提出了适用于电弧熔丝增材制造领域的多电极电弧特性,探索复合材料构件的高性能制造,搭建新型多电极电弧技术的工艺数据库,为耦合电弧和多电极电弧增材制造技术的应用推广提供有价值的参考。

关键词： NiTi形状记忆合金   电弧增材制造   微观组织   功能特性   异质结构  

摘要： NiTi形状记忆合金(shape memory alloys,SMAs)因其独特的超弹性和形状记忆效应得到了广泛应用。然而,传统制造方法难以制备复杂形状和精确调控微观组织的NiTi合金。电弧增材制造(WAAM)技术因其逐层沉积的特点,为NiTi合金的制备提供了新的解决方案。本文综述了电弧增材制造NiTi形状记忆合金的研究进展,着重探讨了工艺参数对其微观组织、相变行为及力学性能的影响。分析了不同电弧工艺(如熔化极气体保护焊、钨极气体保护焊和冷金属过渡)在制备NiTi合金时的优缺点,并总结了电弧增材制造技术在成型质量、相变温度调控和力学性能方面的最新成果。重点探讨了电弧增材制造逐层沉积过程中,由高热输入、低冷却速率和重复热循环导致的显著微观结构不均匀性和氧化问题,这对力学性能及超弹性表现产生了不利影响。针对该问题,提出了通过工艺优化、主动冷却、引入第三元素及热处理等手段来改善材料均匀性的策略。此外,本文还讨论了NiTi合金与其他金属的异质结构设计,指出电弧增材制造制备多材料复合结构在高性能器件中的潜力。尽管电弧增材制造在制备复杂形状和多材料结构方面具有优势,但仍面临氧化、元素蒸发及层间结合性差等问题。未来研究需聚焦于热处理优化与微观组织调控,开发新型多金属复合材料,探索提高界面结合性和抗氧化能力的创新手段,以进一步提高NiTi合金的性能并扩大其应用领域。

关键词： Inconel 718合金   电弧增材制造   超音频脉冲电流   微观组织   力学性能  

摘要： 电弧增材制造(WAAM)在镍基高温合金零件的生产制造中具有自由度高、生产速度快和材料利用率高的优势,但由于增材成形过程中的高热输入容易造成合金的组织粗大和Laves相大量析出,大大降低了其力学性能。基于此,提出了一种在钨极气体保护焊的基值电流上施加超音频脉冲电流的方法来调控电弧热分布以及焊接熔池。采用光学显微镜、扫描电镜和电子万能试验机等对不同电流模式下增材制造的Inconel 718合金微观组织和力学性能进行了分析和研究。结果表明:超音频脉冲电流的加入使电弧热源更加集中,熔池的流动性增强,促进了强化元素中Nb和Mo等难溶元素在基体中的溶解扩散,从而抑制了Laves相的析出;施加超音频脉冲电流后Inconel 718合金的组织为较为细小的枝晶结构,Laves相的尺寸减小、分布的连续性降低;当施加的超音频脉冲电流大小为20 A,脉冲频率为50 kHz,占空比为20%时,合金的屈服强度为506 MPa、抗拉强度为821 MPa,伸长率降低至26.5%。

关键词： 多丝电弧增材制造   功能梯度材料   高熵合金   金属间化合物  

摘要： 多丝电弧增材制造技术具有成本低、效率高等优势,尤其在成分设计与调控方面具有高度的灵活性,成为制备大型金属结构件的主流技术之一。多个丝材(同种或异种)同时进给,在熔池中实现原位合金化,该方法为复杂成分的先进金属材料的制备过程提供了可行性路径。本文综述了国内外多丝电弧增材制造制备高性能钛合金、铝合金、不锈钢等传统材料以及功能梯度材料、高熵合金、金属间化合物等先进金属材料的研究进展。针对多丝电弧增材制造成形构件微观组织不均匀、力学性能存在各向异性以及成形精度不足等问题进行讨论。提出了建立多丝电弧增材制造工艺窗口、多种工艺耦合以及建立成形过程监测和控制系统等发展方向,为多丝电弧增材制造工艺改进与发展提供理论依据。

关键词： 熔滴复合电弧增材制造   熔池行为   熔滴过渡模式   聚并   堆积层表面形貌  

摘要： 熔滴复合电弧增材制造中，连续可控的单分散熔滴流与倾斜钨极惰性气体（tungsten inert gas welding, TIG）电弧熔池的交互作用，决定了堆积层表面形貌、内部组织和制造缺陷等。为探明熔滴过渡模式对堆积层形貌的影响规律，基于计算流体力学法构建了熔滴复合电弧增材制造过程三维瞬态熔池行为数值模型，与单道单层堆积成形实验结果相结合，比较性地分析了两种典型熔滴过渡模式下的熔滴冲击、聚并、铺展、凝固全过程。研究结果表明，当熔滴由低频大滴模式过渡至高频小滴模式时，熔滴与TIG电弧熔池的聚并行为由部分聚并转变为完全聚并，进而导致堆积层表面的“鱼鳞纹”结构特征明显减小。该研究对于进一步深入理解熔滴复合电弧增材制造机理、优化堆积工艺参数具有重要意义。