关键词： 电弧增材制造   工艺参数   表面品质   函数模型  

摘要： 设计并制作了一套电弧增材制造设备,研究了工艺参数对电弧增材制造零件表面品质的影响。结果表明,当电流为100 A,送丝速度为1881 mm/min,成形速度为99 mm/min,氩气流量为5 L/min时,成形的单道单层表面品质良好。利用田口方法,分析了电流、成形速度、送丝速度和氩气流量对其单道单层宽度和高度的影响。通过拟合分析,建立了电弧增材制造单道单层轮廓的函数模型。

关键词： 电弧增材制造   数值模拟   镍基合金   残余应力   变形  

摘要： 采用Simufact Welding软件建立电弧增材制造GH4169镍基高温合金的有限元模型,对该模型进行了试验验证,模拟分析了不同沉积路径(单向沉积、往复沉积)和不同层间冷却时间(0,60,120 s)下多层单道成形过程中的热力场及变形量。结果表明:模拟得到电弧增材制造过程中的热循环曲线和残余应力与试验结果相吻合,相对误差分别小于9%和3%,验证了该模型的准确性;与单向沉积路径相比,往复沉积路径可以改善成形件热分布和应力场分布的均匀性,应力场和热积累的影响范围较小,温度和残余应力较低,变形对称性较好;随着层间冷却时间的延长,热积累、残余应力和变形量均降低,但降低幅度逐渐减小。采用往复沉积路径且层间冷却60 s时,电弧增材制造GH4169镍基高温合金的成形质量较好。

关键词： 增材制造   光谱分析   温度场  

摘要： 针对电弧增材制造构件成形过程中的热量累积问题,利用光谱分析的方法计算了非熔化钨极惰性气体保护电弧焊(TIG)电弧增材热源的温度场。利用基于高速摄影的光谱采集系统获取增材电弧的特征谱强度分布,提出了基于标准温度法计算非对称增材电弧温度场的模型,并利用Boltzmann法对其进行了验证。结果表明两种方法的计算结果具有较好的一致性。增材电弧中焊丝减小了电弧单侧的半径,并造成电弧温度降低300 K左右;增材一层电弧中心温度达到19500 K,增材11层电弧中心温度达到18000 K;随着增材层数的增加,由于构件的热累积及构件形态的变化均使得产生带电粒子所需的能量减少,从而使得电弧产热减少,电弧温度逐渐降低。

关键词： 冷金属过渡   电弧增材制造   强制限位冷却   沉积区间   凝固过程  

摘要： 目的针对冷金属过渡(CMT)电弧增材制造过程中不稳定气流环境造成的熔池流动不均、墙体成形异常以及墙体内部气孔过多和晶粒粗大的问题,研究增强沉积墙体组织性能的工艺。方法开发了CMT电弧增材制造强制限位冷却工艺,通过控制电弧增材制造的沉积区间和凝固过程,来改善沉积墙体的结构性能。结果沉积墙体平均沉积速度由0.120 mm/s升到0.149 mm/s,材料利用程度由78.2%升到83.2%,孔隙率由2.15%降到1.06%,平均晶粒度由15.7μm降到13.3μm。同时提高了沉积墙体的韧性,沉积墙体横向平均极限拉伸强度由157 MPa升到179 MPa。结论CMT电弧增材制造强制限位冷却工艺制造的沉积墙体在沉积速度和材料利用程度方面有了相应提高,同时强制限位冷却工艺改善了沉积墙体的结构性能,这对增材制造具有一定的指导意义。

关键词： 阳极钢爪   电渣熔铸焊   电弧增材   焊接修复  

摘要： 本文检索了近十年阳极钢爪修复技术的相关论文和专利,并详细阐述了阳极钢爪修复新技术的技术原理、实施方案及其优缺点。结果表明,阳极钢爪修复新技术主要为电渣熔铸焊、重熔铸造、圆钢置换、原位自蔓延焊和电弧增材等修复技术,均能实现阳极钢爪的全截面修复,解决传统围焊法修复接头压降大的难题;电渣熔铸焊和重熔铸造设备投资大,限制其推广应用;圆钢置换修复的关键在于圆钢棒与残余钢爪的连接方法;原位自蔓延焊效率高,适宜的自蔓延焊剂可获得高质量修复区;电弧增材修复效率高、自动化程度高,修复钢爪强度高、电阻率低,综合修复成本低。

关键词： 电弧增材制造   2319铝合金   固溶处理   显微组织   力学性能  

摘要： 采用CMT电弧增材制造技术打印了2319铝合金构件,采用差式扫描量热分析(DSC)、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和万能拉伸试验机等方法研究了固溶处理对电弧增材制造铝合金的显微组织与力学性能的影响。结果表明:试验用合金过烧温度约为550.5℃,随着固溶温度的升高,抗拉强度呈先上升后下降的趋势。固溶温度一旦超过过烧温度时,伸长率迅速下降。随着固溶时间的增加,抗拉强度和伸长率都逐渐上升。在540℃/5 h的固溶条件下,T6时效态后的合金抗拉强度为499 MPa,伸长率为17.52%,相比沉积态,合金的抗拉强度提高了约114%,伸长率下降了约14%。

关键词： 金属间化合物   增材制造   脱合金化   AA2024铝合金   局部腐蚀  

摘要： 研究了电弧增材制造 (WAAM) 航空 AA2024 铝合金的微观组织结构及其腐蚀行为。通过扫描电镜(SEM)、透射电镜 (TEM) 和能量色散 X 射线光谱仪 (EDX),研究了该铝合金腐蚀前后的微观组织结构以阐明其腐蚀行为。结果表明,电弧增材制造AA2024铝合金中,存在熔池区 (MPZ)、熔池边界区 (MPB) 和热影响区(HAZ)。3 个区域中均存在以孤立或成簇的形式存在的 S 相 (Al_(2)CuMg)、θ 相 (Al_(2)Cu) 和 α 相 (AlFeMnSi) 金属间化合物 (IM)。相对MPZ和HAZ,MPB显示出更高的局部腐蚀敏感性,这与IM的脱合金化行为密切相关。

关键词： 焊接工艺与设备(包括连接工艺与设备)   环焊缝   修复   X80管线钢   电弧增材制造  

摘要： 为了寻求适应高钢级油气管道环焊缝缺陷的新型修复方法,克服传统修复技术的局限性,提出了电弧增材制造技术用于油气管道环焊缝修复的可行性。首先,对激光熔覆、冷喷涂、电弧增材制造3种新型修复技术进行对比分析后,采用电弧增材制造技术进行实验研究;其次,在X80管道环焊缝处沿轴线截取22 mm厚的试样,并在环焊缝处设计坡口角度为60°,坡口深度为11 mm的缺陷,采用电弧增材制造冷金属过渡工艺、ER50-6焊丝进行修复实验;最后,对修复试样进行力学实验测试,并对实验数据和断口形貌进行分析。实验结果表明,电弧增材制造修复后试件抗拉强度最高达639 MPa,强度与管体基材匹配。研究结果表明,电弧增材制造技术用于X80油气管道环焊缝缺陷的修复是可行的,具有沉积效率高、成本低、力学性能能满足修复要求的特点,对于高钢油气管道环焊缝缺陷修复的可行性和经济性具有重要的现实意义。

关键词： 异构计算   在线检测   增材制造   电弧  

摘要： 电弧增材制造过程中的熔池形态影响沉积态金属的成形,为了得到良好的增材产品,首先需要实现对增材过程的在线监测,以获取熔池形态尺寸等数据,为进一步反馈控制提供前提条件。在线监测的重点之一在于计算机的图像处理速度,而图形处理器GPU作为强大的图形处理设备,比CPU更适合做大量图像相关的计算。为此,文中采用CPU/GPU异构协同并行计算方法,试图通过调用GPU设备加速图像处理过程,以实时获取电弧增材制造过程中的熔池形态尺寸信息。试验结果表明,无论GPU调用与否,同一处理程序对同一视频处理所得到的熔池宽度结果基本相同,而当调用GPU后,每帧图像的处理时间大幅降低,处理效率得到很大程度的提高。因此,异构计算为电弧增材制造熔池尺寸在线监测提供了可能。

关键词： 药芯焊丝   脉冲TIG增材制造   倒Y形电弧   光谱诊断   电信号  

摘要： 在药芯焊丝脉冲TIG电弧增材制造过程中,发现了电弧“骑”在成形件两侧的现象,该电弧被称为倒Y形电弧。倒Y形电弧对成形件两侧均有加热作用,其偏移导致成形件两侧受热不均,影响熔覆过程稳定性。按照点阵法测得的光谱数据利用Stark展宽方法计算了倒Y形电弧拖曳部分的电子密度,本研究试验条件下有部分区域(侧壁以外2 mm左右,Z方向0位置以下1.5 mm左右)符合局部热力学平衡条件。利用光谱诊断的Boltzmann图法来计算电子温度,将各点的数据拟合得到完整电弧温度场,分别从平行和垂直于焊枪运动方向分析了熔敷过程中倒Y形电弧的温度场。结果表明,从两个方向光谱诊断得到的倒Y形电弧钨极轴线处的温度最高值均大约为14000~16000 K,分布在钨极端部下方0.5~1.5 mm范围内,电弧拖曳部分的温度大约为5000~8000 K。在垂直于焊枪运动方向上,当钨极轴线与熔敷层中心重合时,正常倒Y形电弧及其温度场关于钨极轴线对称分布。当钨极轴线偏移熔敷层中心左侧1 mm时,倒Y形电弧向左发生偏移且温度场也向左发生了偏移,熔敷层左侧温度明显高于右侧温度。在平行于焊枪运动方向,倒Y形电弧温度场扭曲较小,熔敷过程中焊丝从钨极前(左)侧送入,扰动电弧且吸收电弧热量,导致电弧前(左)侧的尺寸和温度均小于后(右)侧,电弧拖曳部分出现了收缩现象。通过分析钨极轴线与熔敷层中心重合以及钨极轴线向左偏移熔敷层中心1 mm的电信号,发现前者的均值电压、基值均值电压、峰值均值电压均小于后者。利用电信号结合高斯热源模型进行分析,在成形件左侧壁相同位置,正常倒Y形电弧的温度和热流密度小于偏移的倒Y形电弧,在成形件右侧壁相同位置则相反,这与光谱诊断得到的温度场分布关系吻合。研究结果对于建立电弧增材制造过程中新的热源模型和过程监控具有重要意义。