关键词： 铝合金   电弧增材制造   视觉感知   成形形貌  

摘要： 铝合金已成为汽车零部件轻量化设计的重要材料,其结构的先验验证依赖于增材制造技术,本文根据铝合金电弧增材制造工艺成形特点,研制了一套适合该工艺的视觉传感在线形貌监测系统。基于连续光谱的带通复合滤光双视觉传感技术,在电弧增材制造平台上搭建了沉积层形貌视觉传感实验平台,获得了电弧下部局部成形区域的沉积层形貌动态信息。采用Delphi&Halcon联合编程方法及模块化设计,结合高斯线性平滑滤波加权因子及亚像素级边缘信息实时提取测量算法,提高了成形过程中强弧光下沉积层形貌辨识的准确性,实现了成形过程中沉积层形貌的精确获取,为后期零部件的小批量生产奠定研究基础。

关键词： 电弧增材制造   镁稀土合金   微观组织   热处理   力学性能  

摘要： 采用电弧增材制造技术制备了WE43(Mg-4Y-3Nd-0.5Zr,质量分数,%)镁稀土合金单壁墙构件,并通过多尺度组织表征、显微硬度和拉伸测试等手段系统研究了沉积态WE43合金的微观组织及其力学性能。此外,对比研究了直接时效处理(T5)和固溶+时效处理(T6)对微观组织演化行为和力学性能的影响。结果表明,沉积态WE43合金为均匀全等轴晶组织,平均晶粒尺寸为25.3μm,晶界处存在网状共晶组织(α-Mg+Mg_(41)Nd_(5)/Mg_(24)Y_(5)),沉积态合金的抗拉强度可达到190 MPa。经T5处理后,峰值时效硬度由沉积态的74 HV_(0.2)提升至91 HV_(0.2),基体中存在大量残留共晶组织。T6热处理可获得更高的峰值时效硬度(108 HV_(0.2)),共晶组织充分回溶,基体中残留少量的Mg_(24)Y_(5)相。T6处理使得合金抗拉强度提升至283 MPa,但也容易引发明显的晶粒异常长大现象,且沿竖直方向的延伸率显著低于水平方向。

关键词： wire arc additive manufacturing   wire-powder synchronous deposition   Al-Si-Mg aluminum alloy   forming accuracy   mechanical properties  

摘要： Owing to the lack of matching commercial welding wires,the development of wire arc additive manufacturing(WAAM)for most aluminum alloys is hindered.A wire-powder synchronous arc additive manufacturing(WPAAM)was proposed to prepare the target Al-Si-Mg aluminum *** on the synchronous deposition of AlSi_(12) wire and pure Mg powder,the deposition width of the WPAAMed thin-wall was increased by 61% compared with that of WAAMed thin-wall using AlSi_(12) wire,and the machining allowance was reduced by 81%.The added Mg powder benefited to form refined equiaxed grains,and reduced the average grain size of the WPAAMed thin-wall to 47.1μm,showing a decrease of 23.8% relatively to that of the WAAMed ***,Mg reacted with Si to form Mg_(2)Si strengthening *** mechanical properties tests showed that the ultimate tensile strength and elongation of the WPAAMed thin-wall increased up to 174.5 MPa and 4.1%,reaching 92% and 60% those of the WAAMed thin-wall,respectively.

关键词： 层间等待时间   5356铝合金   电弧增材制造   显微组织   力学性能  

摘要： 针对铝合金电弧增材制造过程中层间热积累过多导致试件尺寸精度较差和输出质量较低的问题,进行了不同层间等待时间(0、15、30、45 s)对5356铝合金电弧增材制造微观组织与力学性能的影响研究,分析了不同层间等待时间下多层单道直壁体试件成形尺寸的特点,并进行了显微组织分析、显微硬度和拉伸性能等力学性能测试。研究表明,层间等待时间对5356铝合金电弧增材制造直壁体试件的宏观形貌影响显著,且随着层间等待时间由0 s逐渐增大到45 s时,直壁体试件宽度减小了1.65 mm,单层高度增大了0.37 mm;显微组织主要由α-Al基体和β-Al_(3)Mg_(2)相组成,且随着层间等待时间增加,粗大的β组织尺寸减小、密度增大;随着层间等待时间的增加,水平和垂直试样的抗拉强度和伸长率均增大,且水平方向试样抗拉强度和伸长率均比垂直方向试样稍高;不同层间等待时间下拉伸试样断口均分布着大量的韧窝,并随着层间等待时间增加,韧窝尺寸逐渐增大,且分布更加均匀,塑性变形能力增强。为5356铝合金电弧增材制造技术应用提供理论基础。

关键词： 电弧增材制造   交流CMT   正反极性比例   成形特性   增材效率  

摘要： 电弧增材制造可以实现高性能复杂金属构件的一体化直接成形，但同时也存在成形精度低、过程稳定性差以及需要进一步提升成形效率的缺点。本文基于高速摄像仪和数据采集系统，得到了交流CMT增材过程的熔滴过渡图像及电信号。研究不同正反极性比例对Al-Mg合金交流CMT电弧增材成形特性的影响。结果表明：当EP:EN＞2:18时，熔滴过渡平稳、无焊接飞溅，电信号正常，表面成形良好。随着正极性比例减少反极性比例增多，由于热输入与熔池流动状态的变化，导致增材试样的成形精度和有效宽度百分比先增加后减小，同时正反极性比例与平均层宽呈负相关，而平均层高呈正相关，综合考虑表面成形质量和增材高度方向的效率，则EP:EN比值位于10:10至6:14之间最为合适。基于多参数耦合的数学模型计算，得出了最大成形效率工艺参数为：送丝速度6.0 m/min、行走速度14 mm/s、EP:EN=6:14，且高度提升了11.83%。

关键词： 增材制造   Ti-6Al-4V   混合制造   柱状晶  

摘要： 传统制造业制造Ti-6Al-4V具有复杂性高、成本高、废品率高等缺点,一直以来都是Ti-6Al-4V加工制造的关键挑战。电弧增材制造凭借其沉积效率高、成形尺寸不受限等优势广泛用于大型三维构件的快速成形。通过分析发现,改变金属丝形状可以避免在增材制造过程中产生的大柱状晶,增材制造与传统制造工艺结合还可以大大提高生产效率,对推动相关行业的发展具有重要意义。

关键词： 电弧增材   Al-Zn-Mg-Cu合金   TiC纳米颗粒   微观组织   力学性能  

摘要： 由于铝合金具有高强度、低密度、和抗腐蚀性等优良特性,在航空航天、舰艇制造和汽车交通等领域具有广泛应用。电弧增材制造具有高的沉积速率和材料利用率,以及好的设计裕度,非常适用于高强铝合金构件的制造。然而,目前增材制造的高强铝合金普遍存在气孔较多、层间未熔合等缺陷,进而影响构件力学性能。针对这些问题,以电弧增材制造的Al-Zn-Mg-Cu合金为研究对象,使用光学显微镜观察沉积样品的宏观形貌跟金相组织,使用扫描电子显微镜观察样品的微观组织,使用电子万能拉伸机检测沉积样品的拉伸性能。研究结果表明,添加TiC纳米颗粒后,沉积态样品气孔较少,组织均匀,得到的组织均为等轴晶,未出现颗粒聚集的现象,在晶界处可以析出ηMgZn_(2)相,经T6热处理之后,沉积态样品横向跟纵向的极限抗拉强度分别为469 MPa和476 MPa,力学性能表现优异。研究结果为增材制造铝合金材料的开发和设计提供了重要的思路和参考。

关键词： 镁合金   冷金属过渡   熔池   焊缝成形   增材制造  

摘要： 针对镁合金在冷金属过渡(CMT)电弧增材制造成形过程中熔池精度难于控制、结构件成形质量差等问题,建立了三维瞬态数值模型,研究了增材过程中的熔池流动及传热过程。引入周期性系数加入双椭圆热源中,得到了更加符合实际CMT焊接过程的热源模型,并利用连续表面力思想将其转化为体热源加载在相界面;预测了焊缝和熔池的形状和尺寸,并与试验结果进行了比较;计算了同一焊接速度下不同焊接电流对焊缝成形的影响。结果表明:熔池内部主要受马兰戈尼力影响在熔池后方产生逆时针流动;将模拟结果与试验进行对比发现,焊接电流为129 A时熔宽误差约为1.13%,余高误差约为5.49%,熔深误差约为5.03%,验证了模型的准确性;相同焊接速度下,随着焊接电流的增大,焊缝宽高比以及熔深均增加。

关键词： 铝青铜   CMT增材制造   热处理   组织   力学性能  

摘要： 为提高CMT电弧增材制造铝青铜合金组织均匀性,拓宽CMT电弧增材制造铝青铜合金的应用,采用淬火、淬火+回火和回火3种热处理工艺对增材态铝青铜合金进行处理。结果表明:淬火处理后铝青铜组织中β相数量增多,α相数量减少;淬火+回火处理后铝青铜组织更加均匀,β相发生分解并以长条状分布在α相晶界处,κ相脱溶析出分布于α相中;回火处理后合金组织中晶粒尺寸变化较小,组织中有一定量的κ相析出。CMT电弧增材制造铝青铜合金经过淬火处理后硬度值达到189 HV,相比增材态提高34%,抗拉强度提高至526 MPa,增幅较小。淬火+回火处理后试样断后伸长率较增材态提升至55%,冲击功提升至98 J,相比增材态提高72%。热处理能有效改善增材态铝青铜合金的不均匀组织,并通过改变α相与β相的占比使力学性能得到改善。

关键词： 5356铝合金   电弧增材   微观组织结构   极化曲线   应力腐蚀  

摘要： 电弧增材制造铝合金材料微观组织调控以及耐腐蚀性是其工程应用过程中需要重点研究的问题。采用冷金属过渡(cold metal transfer,CMT)电弧增材制造技术制备5356铝合金堆积体,借助金相显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜以及显微硬度计等对其微观组织结构进行表征和硬度测试,并通过电化学工作站、慢应变速率应力腐蚀试验机等研究其耐腐蚀行为。结果表明:5356铝合金CMT电弧增材制造样件微观组织结构为α-Al基体+β(Al_(3)Mg_(2))相,沉积层中晶粒为长径比≤2的柱状晶,β(Al_(3)Mg_(2))相以弥散细小颗粒状为主,结合层晶粒为较细小的再结晶化等轴晶,β(Al_(3)Mg_(2))相以大块不连续沿晶分布为主,晶粒内部细小颗粒状β(Al_(3)Mg_(2))相分布较少,基体强化作用减弱。沉积层自腐蚀电流密度为结合层的23%,这主要与其内部β(Al_(3)Mg_(2))相的含量以及形态有关。5356铝合金电弧增材制造样件慢应变速率应力腐蚀敏感指数为0.57,在硅油和3.5%NaCl介质中均断裂失效于结合层,这是由于结合层基体强度较低,且大块沿晶分布的β(Al_(3)Mg_(2))相在硅油惰性介质中对基体有割裂作用,在3.5%NaCl腐蚀性介质中大块β(Al_(3)Mg_(2))相优先溶解,试样在拉应力作用下加速沿晶腐蚀开裂。