关键词： 增材制造   电弧   热力作用   熔积层  

摘要： 采用COMSOL multiphysics软件建立了电弧增材制造电弧对熔积层的热力作用模型。选择基板和焊丝材料均为304不锈钢,保护气体为纯氩气,研究了熔积层总高度对熔积层表面热通量密度、压力分布、电流密度和电磁力分布的影响。结果表明,热通量峰值随着层高增大而增大,与无熔积层相比,20 mm层高下熔积层表面热流密度峰值增幅达136%。熔积层边缘处等离子体流速增大,产生低压区,最低压强随着高度增大而减小。由于熔积层的电导率高于电离氩气,电流优先经过熔积层,熔积层顶面电流密度显著增大。熔积层中的径向电流较小,而轴向电流在自感应磁场下产生了指向中心的电磁力。并且热流密度、压力分布,电流和磁场在熔积层高达到20 mm后保持稳定。

关键词： 电弧熔丝增材制造(WAAM)   过程传感   实时控制   在线监测   成形精度   缺陷  

摘要： 电弧熔丝增材制造(Wire and arc additive manufacturing,WAAM)作为金属增材制造技术的一个重要分支,以电弧为载能束逐层熔化金属丝材,适合中大尺寸复杂金属构件的快速制造,在航空航天、国防领域展现出广阔的应用前景。然而,成形精度低、过程稳定性差、缺陷控制难等问题限制了该技术的高效、高质量发展与应用。为满足高可靠、高自动化与高质量制造的要求,对WAAM全过程实施在线监测与闭环控制已势在必行。分析了WAAM成形质量的特征参量及其主要影响因素,阐述了WAAM过程传感方法的原理与研究现状,总结了WAAM成形质量控制方法,指出了未来WAAM过程传感与控制技术的主要发展方向。

关键词： 电弧增材制造   工艺参数   成形质量   材料利用率  

摘要： 电弧增材制造工艺能够满足现代制造业对零件快速设计、制造的要求,但电弧增材制造件成形质量差、材料利用率低,通过优化工艺参数,可以提高成形件的材料利用率,从而提高成形质量。文章研究了焊接电流、电弧电压、焊接速度、干伸长、电弧增材制造路径、层间停留时间以及电弧增材制造方式等工艺参数对成形质量的影响,并分析了成形件的高度、壁厚等尺寸。结果表明:最优工艺参数组合包括焊接电流为120~130 A,电弧电压为18~20 V,焊接速度为5 mm/s,干伸长为15 mm,层间提升距离为2 mm,层间停留时间为60 s;其中60 s的层间停留时间有助于成形质量的提高;采用摆焊方式的成形件壁厚增加,其成形质量较好,提高了生产效率和材料利用率。

关键词： 长寿命大型锻模   电弧增材   大型锻模再制造   铸钢基体锻模   梯度异质结构  

摘要： 采用传统方法生产的大型锻模寿命低、成本高,大型锻模长寿命、低成本制造与再制造成为当前大型构件模锻行业提升核心竞争力的关键。研究在大型锻模低成本基体表面上电弧增材梯度异质结构材料的方法,以获得长寿命低成本大型锻模,具有重要意义。介绍了常见的锻模降本延寿方法及其存在的问题,阐述了锻模制造及再制造电弧增材梯度异质结构设计理论,并从梯度异质结构、低成本基体材料及增材丝材、焊锻复合工艺、增材自动化装备四方面综述了长寿命低成本大型锻模电弧增材制造与再制造的研究进展。

关键词： 冷金属过渡电弧熔丝   增材制造   Inconel 625合金   各向异性   力学性能  

摘要： 为了给镍基Inconel 625合金大型复杂零件的高效高质成形提供简单可行的方法,采用基于冷金属过渡(CMT)的电弧熔丝增材方法制备了Inconel 625合金试样。研究了所制备的Inconel 625合金的微观组织、力学性能、耐腐蚀性能及其各向异性。结果表明,试样的主要物相为FCC结构γNi固溶体,析出相主要为Laves相与MC型碳化物,微观组织大部分是沿高度方向生长的树枝晶。硬度和抗拉强度存在各向异性,试样硬度为257~308 HV,抗拉强度为690~750 MPa,屈服强度为460~550 MPa,延伸率为34%~40%。合金x向和z向的室温抗拉强度达到同级别锻件标准,断口形式均为典型的韧性断裂,断口韧窝中存在Laves相和少量碳化物的第二相颗粒。各向异性对腐蚀性能的影响不太明显,堆叠方向的试样耐腐蚀性略优于另外2个方向。

关键词： 大型金属零件   电弧熔丝增材   复合制造技术   控形控性  

摘要： 大型金属零件广泛应用于航空航天、能源、国防等领域中的关键承力结构,多采用铸造或者锻造工艺成形制造。电弧熔丝增材及其复合制造技术是近二十年来迅速发展起来的一种快速近净成形制造技术,具有高效低成本的显著优势,是大型金属零件成形制造中热点研究方向。本文总结概述了近年来大型金属零件电弧熔丝增材制造工艺的应用与研究,指出了金属材料电弧熔丝增材制造中广泛存在的控形控性难题,介绍了多种结合传统塑性成形工艺的电弧熔丝增材复合制造技术及其控形控性方法,最后对大型金属零件电弧熔丝增材及其复合制造技术的发展进行了总结与展望。

关键词： 电弧增材制造   镁合金   抗拉强度   显微组织  

摘要： 研究了镁合金电弧增材制造的工艺参数(焊接电流、焊接速度、送丝速度、层间温度)对电弧沉积件抗拉强度的影响规律,对典型工艺参数下沉积体的组织与性能进行了分析。结果表明:在本文参数范围内,电弧增材制备镁合金件的强度会随着焊接电流和焊接速度的提高均先增大后减小,焊接电流过大,组织中形成粗大晶粒,而焊接速度过快会在组织内形成大量气孔;送丝速度对抗拉强度的影响呈正相关,送丝速度的提高有助于缓解熔池过热,细化组织;层间温度对强度的影响并不明显。沉积件不同区域的组织存在明显差异,底部以粗大的柱状晶为主,中部组织为等轴晶组织,而顶部圆弧区为枝晶组织,组织的差异造成了硬度分布的不均匀。

关键词： 增材制造   模具修复   Invar合金   脉冲电弧   显微组织  

摘要： 为提高航空复合材料用Invar合金模具修复再制造的质量,本文对比研究了超声频脉冲电弧和普通直流电弧对Invar合金电弧增材修复熔覆金属界面组织特征的影响。结果表明,通过引入超声频脉冲电流,可在更低的热输入量条件下获得与常规直流电弧相当的熔深。重熔填充金属主要由柱状枝晶构成,重熔母材区主要由胞状晶构成。相比直流电弧,超声频脉冲电弧作用下胞状晶柱状生长可被有效阻断,进而获得短棒状胞状晶。在直流电弧重熔金属区可观察到大量晶间微米尺度热裂纹,而超声频脉冲电弧可有效抑制热裂纹等缺陷。

关键词： CMT   电弧形态   熔池   电弧力   钛合金螺旋桨  

摘要： 通过对基于冷金属过渡(CMT)的电弧增材制造成形过程中电弧形态、电流电压同步信号和熔池形貌的同步检测分析,研究了电弧不同阶段的熔滴过渡形式和熔池金属的受力状态,探明了悬垂结构成形过程中的熔池金属的受力机制,实现了钛合金螺旋桨的成形,并分析了成形后的组织性能。研究结果表明,通过对CMT电弧热输入和电弧力的精细控制,能够在无支撑条件下实现钛合金螺旋桨叶片的快速成形,同时获得良好的力学性能。在本研究条件下,钛合金CMT电弧增材制造过程中熔滴过渡主要以短路过渡的形式进行,降低基值和短路阶段的焊接电流能够增加悬垂结构倾角,且当I_(base)为50 A时,钛合金螺旋桨最大倾角达到53.26°。基于优化后的工艺制造的船用Ti6321钛合金内部组织致密且无贯穿式的粗大柱状晶,力学性能达到同级别锻件标准,水平方向和竖直方向的各向异性不明显。

关键词： 电弧增材   组织性能   截面轮廓   SUS630不锈钢  

摘要： 对SUS630不锈钢的电弧熔丝增材工艺进行了分析,对比了不同焊接参数对焊道区域的组织性能与形貌轮廓的影响,并建立了焊道截面轮廓预测模型。进行了两焊道搭接实验,确定了合理的搭接距离,并得到了单层增材后的等效高度计算模型。根据所建立的模型,能够进一步指导三维几何模型的增材路径规划。