关键词： 电弧增材制造   多源信息   传感  

摘要： 电弧增材制造(WAAM)因材料利用率高、制造成本低等优势逐渐成为航空航天领域大型复杂金属结构件的潜在制造方法。熔池及焊道的成形监测是电弧增材制造提高零件成形质量和精度的关键。成形过程的多源传感信息能够直接或间接反映零件成形的质量和稳定性。采用先进传感器实现对电弧增材制造过程中的温度信息、熔池与焊道信息以及电弧信息的在线监测,并实时进行反馈调节,是当前保证增材制造零件具有良好成形精度和力学性能的主要手段。文中综述了电弧增材制造多源信息传感的研究进展,讨论了目前存在的主要挑战,并指出电弧增材制造的研究方向。

关键词： 电弧增材   5B06铝合金   铣削参数   曲面响应法   优化   交互作用  

摘要： 以电弧增材制造5B06铝合金为研究对象,对其进行切削特性试验和分析后,采用曲面响应法设计了以电弧增材5B06铝合金铣削后的表面粗糙度为响应值,以主轴转速s、进给速度f、切削深度a_(p)为自变量的Box-Behnken试验模型。建立了表面粗糙度回归方程,分析单变量的显著性以及不同变量交互作用下对表面粗糙度的影响,通过试验对优化参数进行验证。研究表明:对表面粗糙度影响最为显著的单变量是切削深度,交互变量是切削深度与主轴转速;铣削时应避免低转速、大进给速度和大切削深度的铣削方式;最优工艺参数为主轴转速2630 r/min、进给速度100mm/min、切削深度1mm;采用该参数组合,表面粗糙度能够达到1.69μm,这一数据与模型预测值相对误差仅为5.1%。

关键词： CMT电弧增材制造   TC4钛合金   显微组织   拉伸性能   疲劳性能  

摘要： 采用冷金属过渡(CMT)电弧增材制造技术制备了TC4钛合金样品,测试了沉积态试样的拉伸性能、冲击性能和疲劳性能,讨论电弧增材制造钛合金成形件的疲劳断裂机理。结果表明:经历CMT工艺条件下的快速熔凝过程后,钛合金成形件内宏观组织由外延生长的粗大β柱状晶组成,显微组织为细长α片层和网篮组织。成形件拉伸强度较高,达到锻件拉伸强度水平,但是塑性较低,略低于锻件塑性,且存在一定的各向异性,拉伸断口呈现半解理断裂与半韧性断裂特征。沉积态钛合金成形件具有良好的冲击性能,但冲击性能的各向异性并不显著。钛合金成形件的高周疲劳极限为460 MPa,疲劳源均形核于条状未熔合缺陷及气孔缺陷处。缺陷直径越大,距离表面越近,应力集中现象就越明显,导致样品具有较低的疲劳强度和疲劳寿命。

关键词： 电弧增材制造   旁路耦合三丝间接电弧焊   电弧特性   成形特性  

摘要： 采用旁路耦合三丝间接电弧焊(bypass coupling triple-wire gas indirect arc welding,BCTW-GIA焊)进行Q345低碳钢增材制造.利用高速成像设备研究了旁路电流变化对电弧特性的影响,并观察了对应的焊缝成形特性.结果表明,随着旁路电流的增加,间接电弧占比逐渐减少,而直接电弧占比逐渐增加,焊接热输入逐步提升,焊缝的接触角逐渐减小.当旁路电流为155 A时,可在表面成形良好的前提下得到铺展性最优的单道焊缝.采用此参数进行单道多层增材得到了直壁墙体,沉积速率高达13.3 kg/h.该增材制造方法具有较高的熔敷效率和较低的热输入,有利于改善增材试样的显微组织,并提高试样的平均硬度.试样底部、中部及顶部区域的平均硬度分别为186.80,172.44,176.04 HV.

关键词： 步进填丝双脉冲TIG   电弧增材制造   熔滴过渡   熔池行为   成形精度  

摘要： 针对电弧增材制造热质传输强耦合、成形尺寸精度低等共性关键问题,提出一种步进填丝双脉冲钨极氩弧(tungsten inert gas,TIG)电弧增材制造方法.基于此方法建立增材成形试验系统,开展系列变化参数的直壁墙增材工艺试验.利用同步采集的熔滴、熔池动态变化图像数据重点研究分析了送丝方式对焊丝熔化、熔滴过渡、熔池行为和成形尺寸精度的影响规律.结果表明,前、后送丝方式下熔滴均以液桥过渡方式熔入到熔池;相比前送丝增材过程,后送丝方式下焊丝熔化效率和熔滴过渡频率明显增加,熔滴尺寸变小,熔池表面高度和宽度尺寸波动均减小;高频脉冲电弧使熔池体积略微增加,热稳定性明显增强,直壁墙沉积件成形精度明显提高.

关键词： 粉芯丝材   电弧增材制造   元素烧损   成分调控  

摘要： 在剖析增材制造过程中记忆合金元素烧损行为的基础上,以自制粉芯丝材为原料,采用电弧熔融沉积工艺制备了不同Mn,Si含量的系列Fe Mn Si Cr Ni合金,求解了Mn和Si两种易烧损元素的烧损率,拟合了烧损率与设计含量之间关系的数学模型,并通过合金的熔融沉积试验对该模型进行了验证.结果表明,增材制造记忆合金元素烧损的主要形式为低沸点元素的选择性蒸发,其绝对烧损率与合金中所有易烧损元素设计成分近似呈现线性关系;验证试验结果显示,通过该模型设计所获得的记忆合金成分误差不超过4%,表明该理论模型具有较高的精度,可用于指导增材制造记忆合金成分的准确控制.

关键词： 电弧增材   复合制造工艺   层间轧制   超声冲击   激光冲击   塑性成形  

摘要： 电弧熔丝增材制造是一种适用于大型金属构件快速成形的技术,具有设备成本低、材料利用率高、沉积效率高、自动化水平高和灵活方便等优点,也存在组织性能不良等缺陷。塑性变形是一种改善电弧熔丝增材制造气孔缺陷、组织性能不均匀和残余应力分布的有效方法。由电弧熔丝增材与局部塑性变形结合的复合制造工艺利于实现零件的“控性”,但其复杂的路径规划、复合工具头、振动和压力等增加了形状精度控制难度。总结了层间冷轧、在线热轧、机械冲击、超声冲击、激光冲击等局部塑性变形工艺对电弧熔丝增材制造试件微观组织、残余应力、各向异性和表面质量的影响,分析了复合制造工艺的困境和问题。结合塑性变形对焊接组织的强化规律和电弧增材在线控制,从电弧熔丝增材及局部塑性变形复合制造的“形性双控”的角度展望了未来发展趋势,为电弧增材制备复杂件提供参考。

关键词： 电弧增材制造   螺旋桨   曲面分层   曲面轮廓偏置路径  

摘要： 为了实现曲面复杂零件的高精度高效率增材制造,开发了高适应性的曲面分层算法.采用从空间角加权法向方向平移三角网格控制点的策略,生成与初始分层曲面等距的曲面簇,与模型求交运算,从而获得了每层曲面切片轮廓.在此基础上,使用基于体素化和曲面积分思想的曲面等距路径规划算法,获得了分层曲面上的等距轮廓偏置路径,保证了零件曲面轮廓的成形精度并进行了试验验证.试验采用六轴机器人与旋倾变位机作为运动机构,使用熔化极气体保护电弧(gas metal arc,GMA)增材制造方法,在一个外径为0.2 m的圆柱金属管上,实际堆敷了直径1 m的扭转棱形螺旋桨.经过扫描检测和模型比对,得到桨叶的成形尺寸标准偏差为1.1 mm,最大偏差在3.0 mm以下.结果表明,对于特定曲面零件如螺旋桨的增材制造,曲面分层算法可以提高成形的效率和表面质量.

关键词： 电弧熔丝   增材制造   不锈钢   缺陷  

摘要： 通过电弧熔丝增材制造方式,采用08Cr19MnNi3Cu2N低镍高氮奥氏体不锈钢焊丝进行沉积,观察块体的内部缺陷,且根据不同缺陷的特点进行分类,并从成形工艺稳定性、层间热积累、氧化和层间道次位置匹配等角度分析造成各类缺陷的原因,最后结合液态金属流动机理、凝固理论和实际的沉积情况提出改善节镍不锈钢块体沉积过程中的控制要点和解决办法,为大型复杂结构不锈钢材料的电弧熔丝增材制造的缺陷控制提供参考。

关键词： 不锈钢   增材制造   微观组织   各向异性  

摘要： 为了研究316L不锈钢电弧增材制造结构的微观组织和力学性能,开展熔化极惰性气体保护电弧增材制造试验,采用焊道成形试验优化工艺参数,制造26层的墙体试件,观察外观成形并分析微观组织,测试了水平方向和纵向的强度和塑性,结果表明,墙体宽度均匀而且表面平整度较好。微观组织的金相分析表明,层内部在纵向方向上分为热影响区、中心区和重熔区,3个区的晶粒生长方向基本一致,但是晶格类型和晶粒尺寸存在差异。合金元素在3个区的分布不均匀,δ铁素体的含量也不相同。晶粒生长的方向性和层内部的不均匀性导致力学性能存在各向异性。水平方向试件的平均抗拉强度比纵向试件高51 MPa;水平方向试件的平均断裂延伸率为43.7%,而纵向试件的平均断裂延伸率为47.3%。