关键词： 电弧增材制造   温度场数值模型   双椭球热源   温度预测  

摘要： 在航空航天领域,大型金属构件的加工越来越多地选择了电弧增材制造这一技术,并渐渐代替了传统制造成为主流。电弧增材制造的高沉积率、材料适用范围广、设计响应度高等都是其它制造工艺不可比拟的优势,解决了传统工艺加工难、加工慢的问题,但同时电弧增材制造过程剧烈且迅速的温度变化也带来了问题。这种以电弧作为热源的增材制造技术,其高热量输入及热循环特性导致了成形件内热应力的残余,因此对电弧增材温度演变过程的研究是至关重要的。为从根源抑制缺陷产生,通过预测增材温度指导实际成形,本文将重点研究电弧增材制造过程温度场模型。首先,基于电弧增材温度场分布特性和温度场数值模拟理论,借助Ansys Workbench软件以温度场控制方程为基础建立温度场有限元模型,模拟计算随温度变化的材料性能参数以便模型边界条件的设置;利用命令流和生死单元技术实现焊道随着双椭球热源的移动加载而逐步出现并参与计算;进行多层增材实验并利用红外热像仪监测增材过程,提取并对比热循环曲线以验证建立的温度场有限元模型,为后续研究奠定基础。接着,对双椭球热源模型开展研究,具体分析其参数与温度分布之间的关联机制。提出一种熔池形状自动提取技术,对温度场模型的计算结果后处理,得到熔池边界及尺寸从而分析熔池温度分布特性;对比不同增材热效率取值的热循环曲线,利用cftool拟合得到增材峰值温度与热效率的线性回归模型;针对双椭球热源的形状参数,创新性地将数值模拟与多元线性回归分析相结合的方法,得到熔深、熔宽和熔池峰值温度三者与形状参数的回归模型,一定程度上解决了热输入和热源模型参数的选取难的问题。进一步地,分别开展单层和多层增材实验探究电弧增材过程温度场的分布特性。设计三因素四水平的正交试验进行单层增材实验,得到稳定成形的工艺参数范围;开展连续二十层增材实验,切割成形件观察截面并测量每层层宽,绘制和分析连续层宽变化曲线与连续偏心度曲线,总结多层增材时热输入对成形的影响;利用所建立的温度场模型模拟多层增材过程熔池温度场的分布,探明熔池内的平均温度梯度呈下降的趋势,且熔池内热量主要沿增材高度方向传递,为后续增材温度预测奠定了基础。最后,利用Matlab建立神经网络温度预测模型,并对其进行优化。将增材电流、增材速度、送丝速度、测量点位置信息、成形件尺寸作为神经网络的输入,增材温度作为输出,合理设计和训练神经网络,得到结构为6-9-1的单层增材温度预测神经网络和7-4-1的多层增材温度预测神经网络;采用遗传算法对神经网络模型进行优化和再训练,有效降低了模型误差;基于该预测模型自主设计和开发单道多层增材过程温度预测软件,并最终实现输入工艺参数、模型尺寸及预测位置便可预测增材温度。

关键词： 高熵合金   熔丝电弧增材工艺   热处理   微观组织   机械性能  

摘要： 高熵合金作为一种全新的多主元合金材料,自从首次被提出后就得到了国内外学者的广泛关注,但由于传统的铸造方法难以制造大的块体合金以及后期再加工比较难,这些缺点限制了高熵合金的广泛应用。与粉末增材工艺相比,熔丝电弧增材工艺可以生产出更大尺寸的零件,提高沉积效率和原材料利用率,降低设备成本,在工业生产中得到广泛应用。 本实验创新性的使用了一种组合绞丝作为原材料,以电弧作为热源进行Al-Co-Cr-Cu-Fe-Ni-Mn-Mo高熵合金的制备,探讨了焊接工艺参数对单道焊缝成型质量的影响,成功制备了无明显缺陷的高熵合金块体,并系统的研究了热处理对Al-Co-Cr-Cu-Fe-Ni-Mn-Mo高熵合金的组织、力学性能以及耐腐蚀性能的影响。以下是本实验的主要内容和结论: 1.研究了送丝速度和焊枪移动速度两个关键工艺参数对单道焊缝成型质量的影响。研究发现,电弧绞丝增材制造制备的Al-Co-Cr-Cu-Fe-Ni-Mn-Mo高熵合金单层单道焊缝的宽度随着送丝速度的增加而增大,高度无明显变化,随着焊枪移动速度的增加,单层单道焊缝的宽度先增加后降低。经过对比分析发现,最佳的工艺参数是送丝速度为4.3 m/min,焊枪移动速度为6 m/min,此时的单层单道焊缝无明显飞溅、咬边等缺陷,成型效果最好。 2.研究了热处理温度和冷却方式对电弧增材制备的Al-Co-Cr-Cu-Fe-Ni-Mn-Mo高熵合金的微观结构和性能的影响。研究发现,热处理后合金的性能相比于沉积态得到了显著改善,其中800℃热处理后性能提升最为明显。相比于沉积态的高熵合金,显微硬度从354 HV增加到403 HV,提升了13.8%,屈服强度从851.85 MPa增加到1064Mpa,提升了25%,抗压强度从1168.65 MPa增加到1455.44 MPa,提升了24.5%。在800℃热处理保温6h后,再分别进行炉冷、水冷和空冷处理,发现水冷处理后的高熵合金的硬度最高。 3.研究了热处理温度和冷却方式对电弧增材制备的Al-Co-Cr-Cu-Fe-Ni-Mn-Mo高熵合金的耐腐蚀性能的影响。经过对合金的动电位极化曲线、阻抗图以及等效电路图的分析发现,经过800℃热处理的高熵合金的耐腐蚀性能最好,1000℃次之,600℃最差。对800℃热处理后的试样进行水冷、空冷、炉冷处理,结果发现水冷的耐腐蚀性能最好。

关键词： Al-Mg合金   电弧增材制造   工艺参数   细晶强化   中间合金  

摘要： 铝合金具有低密度、高比强度、塑性和耐腐蚀性好等优点,已被广泛应用于航空、航天、轨道交通、船舶舰艇和车辆制造等领域。增材制造是在数字模型设计的基础上,通过逐层堆积的方法制造实体部件的新兴技术,该方法具有快速高效成形、任意成型、节省材料等优势。随着高精尖技术的革新和结构件研制周期的压缩,尺寸高精化、形状复杂化成为了铝合金结构件发展的重要方向。其中,电弧增材制造铝合金工艺因具备制造成本低、生产效率高、应用范围广等优点成为了研究热点之一。本文分别研究了MIG和CMT技术条件下,不同含量的纳米Ti C/Ti细化剂对增材件组织和性能的影响,并深入探讨了纳米Ti C/Ti细化剂对Al-Mg合金的细化机制和强韧机理。之后进一步研究了以一定比例混合后的Al-Ti-C和Al-Ti-B两种中间合金对铸态5356合金的细化效果,为后续制备改性焊丝的研究提供基础。研究了工艺参数及纳米Ti C/Ti细化剂对MIG电弧增材制造Al-Mg合金的影响。结果显示,焊丝盘松紧度为2、焊接速度为36 cm/min、焊接电流大小为65 A、层间等待时间为150 s时,增材件外观形貌和冶金质量良好,粗大的晶粒和柱状晶粒消失,整体晶粒相对细小且均匀,平均晶粒尺寸约为52.90μm,抗拉强度为185.7 MPa,硬度为65.2 HV。当加入0.6 wt.%纳米Ti C/Ti细化剂时,试样的平均晶粒尺寸最小,减小至35.00μm,下降的比例约为34%。抗拉强度提升到211.8 MPa,硬度增大至83.6 HV。纳米Ti C颗粒可作为异质形核点抑制晶粒的长大,提高形核率,同时纳米Ti C颗粒吸附在固液界面上,限制了晶粒生长,也起到了抑制形核的作用。此外研究了纳米Ti C/Ti细化剂对CMT电弧增材制造Al-Mg合金的影响。结果显示,加入0.6 wt.%纳米Ti C/Ti晶粒细化剂的Al-Mg合金晶粒细化效果最好,合金在yz面的平均晶粒尺寸从53.06μm降到了25.32μm,下降的比例约为52%,xy面的从52.00μm下降至25.80μm,下降的比例约为50%。加入0.6 wt.%纳米Ti C/Ti晶粒细化剂时,CMT电弧增材制造的抗拉强度为257.6 MPa,显微硬度为98.5 HV。结果表明,MIG和CMT均可以制备出质量良好的Al-Mg合金增材直臂墙,细化剂细化后合金的显微组织和力学性能都得到了很大改善。采用CMT技术增材件的合金晶粒细化程度和力学性能提升的比例相较于MIG工艺更大。为了进一步简化增材制造过程中添加细化剂的流程,在5356合金中提前加入Al-Ti-B/Al-Ti-C中间合金以引入Ti C、Ti B2用以制备5356 Al-Mg改性焊丝。中间合金加入量为0.6 wt.%时,平均晶粒尺寸由336.10μm减小到81.01μm,下降的比例约为76%。铝合金熔体内被引入的细小的Ti C、Ti B2颗粒,这两相在凝固过程中作为α-Al相的异质形核核心,促进了α-Al的异质形核,提高了形核的效率。当添加0.6wt.%中间合金后,5356合金的显微硬度和抗拉强度均最高,为82.6 HV和221.3MPa,比未添加中间合金的铸锭分别提高了23.8%和8.5%。

关键词： 316L不锈钢   高周疲劳性能   超声非线性特征   电弧增材制造  

摘要： 电弧增材制造(WAAM)成形本质为焊接，因此成形后的材料内部总是会存在一定的缺陷，这些含缺陷的零件在使用过程中会造成应力集中，从而导致其在运行中的可靠性难以保证。传统以单一缺陷为主的检测方法不适用于对大范围分布的微小缺陷的检测和评价。非线性超声检测技术相比于传统检测方式在缺陷尺度的检测方面具有更高的灵敏度，并且通过激发Lamb波可以对一定范围内的缺陷进行检测，因此本文采用基于Lamb波的非线性超声检测技术去评估电弧增材制造316L不锈钢的初始损伤（成形缺陷）及疲劳损伤程度。本文的主要研究工作如下：　　首先对电弧增材制造316L不锈钢的成形工艺进行了研究，主要包含两种不同工艺参数，一是在保护气为98%Ar+2%O2时，改变扫描速度分别为20、30、40cm/min，二是在保护气为100%CO2时，设置扫描速度为20cm/min，结果表明，在其它工艺参数相同的情况下，随着沉积高度的降低以及扫描速度的增加，金相组织中柱状晶间距持续减小，孔隙率也随着扫描速度的增加而增加。对材料内部缺陷类型进行了分析，电弧增材制造316L材料内部主要缺陷分为孔洞类、氧化物夹杂和未熔合缺陷三种。利用显微CT扫描技术对两种工艺参数（改变保护气类型，扫描速度同为20cm/min的两组）下的成形材料的内部缺陷进行分析，发现采用保护气为100%CO2参数下的成形试样缺陷分布均匀，形态规则，内部尺寸大小差异不大，而保护气为98%Ar+2%O2下的缺陷尺寸大小相近。　　然后对各个参数下的试样进行拉伸力学性能测试，发现该成形材料存在较为明显的各向异性，在各个参数下水平方向上的抗拉强度低于垂直方向（约40MPa），并且随着扫描速度的增加，材料延伸率会减小（考虑为内部缺陷所造成的影响），总的来说，电弧增材制造316L不锈钢的室温拉伸性能低于冷轧工艺，但高于国家标准，满足行业使用要求。同时选择静态力学性能较好的两组工艺参数下的成形材料（改变保护气类型，扫描速度同为20cm/min的两组）进行动态疲劳性能测试，疲劳试验结果表明，保护气为100%CO2参数下的成形材料疲劳性能较好，引起裂纹源的孔洞或夹杂缺陷较小，通过研究对比表明，疲劳裂纹源一般萌生于表面或近表面的孔洞或夹杂缺陷处。　　其次对电弧增材制造316L不锈钢成形内部缺陷的分布及形态进行了统计，发现材料内部以微小孔洞缺陷(1-4μm)为主，使用孔隙率来描述不同工艺参数下成形试样内部缺陷情况，并结合等效直径与长径比来分析内部缺陷形态，之后使用二阶和三阶超声非线性系数对电弧增材制造316L各参数下进行成形缺陷的表征，发现超声非线性参量对孔隙率的增加较为敏感，超声非线性参量随着孔隙率的增加而增加，且三阶超声非线性系数表现出了更高的灵敏度，因此可以使用超声非线性参量来表征材料孔隙率。　　最后使用非线性超声检测三种不同类型的累积损伤疲劳试样。实验结果表明，归一化的二阶超声非线性系数随着疲劳寿命的增加呈现双峰趋势，通常情况下，在20%-50%会出现第一个峰值点，在70%-95%会出现第二个峰值点，上述现象表明可以使用超声非线性系数来表征电弧增材制造316L不锈钢的疲劳损伤程度。针对检测试样标距段不同区域超声非线性系数变化量存在较大区别这一现象，通过分析认为当试样中出现较为明显的应力集中点时，整个标距段受力不均匀，会造成标距段不同区域超声非线性系数变化量存在较大的区别，同时采用了微观分析手段进行了验证。

关键词： 多丝电弧增材制造   原位合金化   NiTi基形状记忆合金   显微组织   力学性  

摘要： NiTi形状记忆合金具有优良的形状记忆性能、超弹性和抗疲劳等特性,广泛应用于汽车、生物医疗和航空航天等领域。然而,传统制备工艺在制备NiTi合金的过程中,存在杂质含量高,原料制备困难等问题,限制了其进一步应用。本研究提出采用多丝电弧增材制造技术通过原位合金化制备NiTi合金,并针对组织演变规律、相变行为等展开研究。首先,开展了双丝电弧增材制造NiTi形状记忆合金组织演化机制研究,阐明了不同Ni含量对SMAs组织和性能的影响。结果表明,Ni50.8Ti49.2构件由B2相、R相、Ni4Ti3相和NiTi2相组成,Ni53Ti47构件由B2、Ni4Ti3、NiTi2、Ni3Ti、Ni3Ti2组成。Ni50.8Ti49.2构件的差示扫描量曲线显示出了一个肩峰,表示R相变的存在,Ni53Ti47构件由于析出相的存在抑制了马氏体相变导致并没有显示出峰值。Ni50.8Ti49.2和Ni53Ti47构件的硬度值分别为278 HV0.2和596 HV0.2。与Ni50.8Ti49.2构件相比,Ni53Ti47构件的压应变减少了约51.7%,抗压强度相近。Ni50.8Ti49.2构件的不可恢复应变逐渐接近4.5%,而Ni53Ti47构件的不可恢复应变则显示了线性增长的趋势。然而,由于二元形状记忆合金的相变温度较宽,限制了其应用范围,因此,本研究在二元NiTi合金基础上增加Cu元素,开展三元Ti Ni Cu原位合金化的研究,以达到降低合金相变热滞的效果,阐明了不同Cu含量对合金组织和性能的影响机制。研究表明,Ti50Ni45Cu5构件中的（Cu,Ni）2Ti析出相呈现网状分布,Ti50Ni35Cu15以及Ti50Ni25Cu25构件均表现出岛状析出。Cu的加入强化了母相,阻止了合金中位错的形成,降低了界面的摩擦,从而使相变热滞变窄。Ti50Ni35Cu15构件具有最优异的力学性能,其马氏体的微观结构主要是（111）I型孪晶,细小的（Cu,Ni）2Ti析出相可以被孪生剪切力切割穿过,在一定程度上阻碍孪晶界的运动,影响马氏体板条的生长。综上所述,本研究使用多丝电弧增材制造工艺制备了NiTi合金和NiTi Cu三元记忆合金,并对其组织和性能进行了研究,拓展了NiTi基形状记忆合金的制备工艺,推动了其广泛应用。对多丝电弧增材制造技术的扩展以及金属材料的发展具有重要意义。

关键词： 电弧增材制造   旋转电弧   成形质量   成形特性  

摘要： 熔化极电弧增材制造方法具有成本低、沉积效率高、可在短时间内制造大型金属构件等优点,已得到广泛应用。然而,该方法存在热输入大、电弧热量分布不均等特点,易导致成形件的道间熔合不良、表面平整度差、层间重熔过多等成形质量问题。针对以上问题,本文利用旋转电弧热作用区域大、热量分布均匀的特征,将其应用于增材制造中,提出一种基于熔化极旋转电弧的增材制造方法,深入探究了该方法的电弧形态、熔滴过渡行为及熔融金属搭接行为等物理过程,并探索了该方法在不同工艺参数下的成形质量及成形特性,为熔化极旋转电弧增材制造方法的应用提供依据。首先探究了旋转电弧增材制造的电弧形态及熔滴过渡行为,其电弧作用区域比常规电弧更大且电弧作用位置周期性变化。随着旋转频率在5～15 Hz范围内增加,熔滴过渡形式并未发生改变,熔滴过渡位置逐渐集中于熔池末端,使熔滴过渡频率逐渐增加、熔滴尺寸逐渐减小。其次,探索了各工艺参数及其耦合作用对单沉积道成形质量的影响,得到了旋转电弧增材制造的工艺窗口;并研究了沉积道成形尺寸随各工艺参数的变化关系。结果表明,在7 m/min的大送丝速度、120～300 mm/min行走速度下,沉积道依然成形良好。随着旋转频率在5～15 Hz范围内增加,沉积道宽度逐渐减小、高度逐渐增加、熔深逐渐增加。研究了旋转电弧增材制造方法的沉积层成形特性,电弧周期作用于前一沉积道,提升了熔融金属的铺展能力,沉积层的道间熔合效果好、表面平整度得到改善且沉积层熔深显著减小。随电弧旋转频率在5～15 Hz内增加,横向热传导受到了抑制,道间热影响区缩小,熔融金属向前一道的铺展能力下降,表面平整度会逐渐变差,熔深会逐渐增加。结果表明,采用旋转频率为5 Hz的旋转电弧方法时,沉积层表面平整度最佳,仅为常规电弧方法的30%,并且熔深最小,仅为常规电弧方法的49%。为验证本文所得到的理论,分别采用常规电弧和旋转电弧增材制造方法对多层单道直壁件和多层多道阶梯件进行增材制造。结果表明,采用旋转电弧增材方法的直壁件成形良好、宽度均匀;沉积有效率达到94.3%,较常规电弧方法提升了12.9%;侧面波纹度为0.67 mm,仅为常规电弧方法的21%。采用旋转电弧增材方法的阶梯件层间结合紧密且重熔深度小;各层的表面平整度均优于常规电弧方法,各沉积层之间的最大宽度差为1.86 mm,仅为常规电弧方法的39%。旋转电弧增材制造方法实现了在保证成形效率的同时有效改善了成形件的成形质量。

关键词： 5356铝合金   冷金属过渡增材制造   显微组织   力学性能   变质处理  

摘要： Al-Mg合金具有质轻、高强、优良的耐腐蚀等性能,被广泛应用于航空航天、船舶、汽车等领域,但由于增材成形过程中累积的热输入与复杂的热循环过程,使得Al-Mg合金增材成形后的组织中存在气孔、组织不均、晶粒粗大等缺陷。通过在CMT-WAAM Al-Mg合金沉积层间添加异质颗粒进行变质处理,实现细化晶粒、均匀化组织、抑制枝晶偏析,来改善Al-Mg合金沉积件的组织与性能。采用ER5356 Al-Mg合金焊丝,分别添加氧化镧与碳化钛颗粒作为变质剂,优化变质处理CMT-WAAM Al-Mg合金试验参数,观察沉积件的宏观成型质量;结合XRD与二元合金相图分析沉积件的物相组成;观察沉积件的显微组织,分析晶粒形态、尺寸与取向;测试试件的力学性能与摩擦学性能,分析沉积件组织优化与性能提升的规律。变质处理CMT-WAAM Al-Mg合金的较优焊接参数为焊接电流95A、焊接电压13.3V、焊接速度6mm/s,涂覆异质颗粒的质量分数为0.9%。与无涂覆的沉积件相比,层间涂覆颗粒的沉积件表面颜色较暗,侧壁过渡平滑,内部气孔数量减少。Mg元素发生明显偏聚现象,聚集于层间结合处。焊接电流为95A时,层间涂覆氧化镧颗粒进行CMT-WAAM Al-Mg合金的沉积件,晶粒更加细小,氧化镧颗粒主要存在于晶界处与晶粒内部。α（Al）与β（Mg5Al8）组织形态更加均匀,平均晶粒尺寸由67.57μm减小到49.69μm。涂覆氧化镧颗粒的沉积件平均显微硬度提升3%;抗拉强度提升12.79%,断后伸长率提升1.5%,断裂机制为微孔聚集型断裂,由于添加颗粒提升沉积件硬度、降低塑性,拉伸断口的韧窝深度变浅、面积变小;磨损率降低60%。

关键词： 电弧增材制造   复杂截面   工艺参数   成形质量   组织性能  

摘要： 电弧增材制造技术是以电弧为热源,通过熔化的金属丝进行逐层堆积的3D打印成形技术。近年来,电弧增材制造技术由于其具有沉积速率高、设备成本低、材料范围广、材料利用率高、成形一体化、成形件致密度高、性能好、成形件尺寸不受限制等优点,越来越受到工业制造等相关行业的关注。目前,对于电弧增材制造技术的简单结构件的研究较多,但对于复杂结构件电弧增材制造的研究较少,对于复杂结构件电弧增材制造的研究有助于实现传统制造技术难以生产的复杂结构件的生产制造,能够推动电弧增材制造技术的快速发展及实际生产的应用。本文设计了弧形截面、分程隔板以及螺旋桨叶片三种复杂截面结构,采用316L不锈钢焊丝制备成形件。制备过程中根据截面结构的特点,分别对弧形截面结构改变沉积方向、电流模式、层间停留时间,对分程隔板结构改变电流模式、脉冲占空比、热输入,对螺旋桨叶片结构改变沉积路径。对成形件进行成形质量分析、金相组织分析、硬度测试、拉伸性能测试、断口形貌分析、热处理后性能测试等,对比分析各变量对成形件成形质量及性能的影响规律。实验结果表明,弧形截面结构制备过程中,受重力的影响以及热量的累积作用,随着沉积层数的增加,熔池体积变大,成形件外壁出现轻微的流淌,内壁质量成形良好。对比分析弧形截面结构的成形质量,采用往复沉积、脉冲电流模式、层间停留时间120s、制备的成形件沉积层高度均匀无缺陷、沉积过程稳定飞溅少、成形件成形质量好。采用脉冲电流制备的分程隔板结构内、外壁及隔板的成形质量均优于恒流模式;随着脉冲占空比的增加,脉冲峰值电流增大,相对熔池的体积也增加,获得的成形件壁厚增加,相应的高度变小;热输入对成形件的质量影响较明显,随着热输入的增加,成形件高度及壁厚都随着增加,但表面质量下降。采用连续沉积路径制备的螺旋桨叶片结构,因为沉积过程中避免了多次起弧熄弧,所以成形件的成形外观优良无缺陷,叶片及轴部分的成形质量均优于分段沉积,连续沉积获得的成形件高度有所降低,壁厚增加。成形件的组织以奥氏体为主,有少量的铁素体,层间熔合线上方为树枝晶,下方为柱状晶,电流模式、沉积路径、层间停留时间对组织及性能的影响不是很明显。随着热输入的增加,晶粒尺寸变大,性能也随之变化。相同热输入下脉冲占空比的变化与热输入的变化规律类似,占空比越大,晶粒尺寸变大,力学性能也出现差异。利用扫描电子显微镜观察拉伸试件的断口形貌,以韧窝为主,属于典型韧性断裂。在弧形截面及分程隔板成形件上取试样进行热处理。热处理后观察金相组织、测试力学性能。结果表明热处理后组织层与层之间的边界颜色变浅,组织变得更加均匀细小。热处理后的硬度均有所降低,强度增加,韧性增加。

关键词： 冷金属过渡   电弧增材制造   5183铝合金   数值模拟  

摘要： 增材制造技术是一种自下而上地堆积材料,快速精准地实现构件从无到有的制造技术。増材制造技术加工周期短,制造成本低,特别适合小批量的零件生产。冷金属过渡技术是一种将高频变化的焊接电流与快速焊丝的回抽结合的低热输入焊接方法。运用冷金属过渡技术进行增材有着低热输入、飞溅少、增材过程稳定等优点。本文利用CMT技术在厚度为6 mm的5052铝合金基板上,以5183铝合金焊丝为填充材料,增材制造出铝合金薄壁体构件,建立有限元模型对构件温度场进行模拟,并在模拟结果的基础上进行实验,研究构件的组织和性能,对铝合金增材制造的实际生产具有理论指导意义。在前期试验的基础上建立模型,利用Fortran语言进行编程实现数值模拟中热源的加载,通过热电偶测温法验证模型的准确性,计算出温度场分布的结果。结果表明,模拟所得热循环曲线与实际测量曲线拟合良好,沉积层在后续加载热源的影响下会受到多次热作用,熔池峰值温度随层高增加而增加,在收弧端会有较为严重的热积累。本文通过改变模型的不同工艺参数,探究不同因素对温度场的影响。结果发现,“Z”形增材路径可以使构件温度分布更均匀,有效减少收弧端积累的热量。加长层间冷却时间可以有效降低构件的整体温度和温度梯度。适当加快送丝速度可以使构件内温度梯度降低,过多加快送丝速度会使温度梯度上升。焊接速度加快使沉积层峰值温度和残留温度降低,但与送丝速度相比较,焊接速度对沉积层的影响较弱。对基板进行预热对前四层沉积层影响较大。在模拟结果基础之上进行增材制造实验,研究构件的组织和性能。研究发现,当焊接速度为450 mm/min,送丝速度为5.0 m/min时,薄壁体成形精度最高,达到了98.16%。焊接速度和送丝速度的增加都会导致构件内气孔尺寸和数量增大。构件顶部的熔合线附近晶粒主要为柱状晶,中部熔合线附近晶粒为等轴晶。对构件进行拉伸实验,在焊接速度为450 mm/min,送丝速度为5.0 m/min下成形的薄壁体的整体拉伸性能最好,其横向拉伸强度为261 MPa,纵向拉伸强度为273MPa,拉伸断口的断裂形式为韧性脆性混合断裂。