关键词： 电弧增材制造   成型控制   工艺优化   微观组织  

摘要： 电弧增材制造具有成型效率高、环境适应性强、加工成本低、装备操作简单等优势，已成为大型金属结构件成形的先进技术，对推动新材料的高质量发展具有重要作用。但由于电弧增材过程涉及电弧传质传热行为、熔敷金属的动力学行为、合金化控制等复杂物理化学过程，结构件的成形和性能的控制较为困难。本文从技术分类、硬件系统、软件系统、成形控制和性能优化等方面总结了国内外电弧增材的相关研究进展，系统梳理了电弧增材型件的控形控性策略，并对该技术的未来发展趋势进行展望，旨在为该领域的后续研究与工程应用提供有益参考。

关键词： 综述   镁合金特性   电弧增材制造技术   成型质量   微观组织性能   耐腐蚀性能   制造缺陷  

摘要： 在设备轻量化与设备高端化并进的背景下,镁合金作为轻质合金,其年消耗量也在逐年增加。因具有高沉积速率、加工灵活性等特点,电弧增材制造技术(WAAM)成为制备高性能镁合金的重要手段,为此,对国内外镁合金电弧增材制造的研究和应用现状进行了梳理。首先,对镁及其合金的特性进行了总结(其具有轻质、高比强度、良好的加工性能等特点),这些特点使镁合金在交通、医疗及航空航天等领域展现出了巨大的应用潜力;其次,对电弧增材制造技术的分类进行了介绍,并对不同WAAM工艺的特点进行了比较分析;最后,针对镁合金电弧增材制造技术的研究现状,详细阐述了成型质量、微观组织性能、耐腐蚀性能、常见缺陷(如气孔、热裂纹、残余应力较大)的成因,以及针对这些制造技术缺陷的解决方案。展望未来,镁合金电弧增材制造技术进一步研究与改进的方向可以聚焦以下几个核心领域:一是优化制造过程中的热积累和冷却速率;二是创新镁合金焊丝的成分设计;三是对制造完成后的热处理工艺进行深入研究。

关键词： 电弧增材制造   脉冲频率   6061铝合金   微观组织   力学性能  

摘要： 【目的】旨在为电弧增材制造6061铝合金工艺参数选择提供参考依据。【方法】搭建了非熔化极惰性气保护焊(Tungsten inert gas, TIG)电弧增材制造平台,研究了不同脉冲频率对6061铝合金沉积层形貌、微观组织和力学性能的影响规律。【结果】结果表明,随着脉冲频率的提升,单层焊道鱼鳞纹逐渐变得细密,且单层焊道熔宽呈现先减小后增大的趋势,熔高呈现先增加后降低的变化规律;单层多道沉积试样晶粒平均尺寸在一定范围内先减小后增大,其断后伸长率持续增加,而抗拉强度和屈服强度则呈现先增后减的趋势。【结论】当峰值电流为170 A,脉冲频率为2.5 Hz时,试样的力学性能达到最佳水平,其抗拉强度达到166.6 MPa,屈服强度为129.2 MPa,平均硬度为61.3 HV。

关键词： 复合材料丝材   冷金属过渡   电弧增材   温度场  

摘要： 【目的】以TiB_(2)/6056复合材料丝材为焊材,采用冷金属过渡辅助脉冲模式(CMT+P)为加热方式,探索TiB_(2)增强铝基复合材料丝材的电弧增材工艺。【方法】采用Simufact welding软件模拟单层多道增材温度场,进行单层多道增材试验及微观组织分析。【结果】工艺研究结果表明,脉冲电流140 A,送丝速度8 m/min,焊接速度5 mm/s,为最佳的复合材料丝材增材参数;搭接间距为0.736倍单道焊道宽度时,单层多道增材层成形良好,表面平整。【结论】模拟和试验结果均证实,单层多道增材过程中,正在焊接焊道受前面焊道和后面焊接焊道的热作用均较大,导致焊后晶粒尺寸粗大。气孔大多位于焊道间熔合区处,TiB_(2)颗粒呈聚集态分布在α-Al的枝晶之间。

关键词： 电弧增材制造   高强钢   显微组织   显微硬度  

摘要： 电弧增材制造具有高沉积效率、高材料利用率、成本低的特点,为高端油气装备大型金属构件的制造提供了新的途径。本文采用CMT(Cold Metal Transfer)增材工艺制备了80Ni高强钢试样,研究了增材制造过程中低碳高强钢材料的微观组织和力学性能演变规律。结果表明,增材制造80Ni高强钢显微硬度与局部区域的显微组织有密切关系。整个增材制造试样主要由焊道内部的柱状晶区域和焊道间的等轴晶区域组成。在试样顶部和边缘区域,快速冷却形成的贝氏体和少量马氏体导致硬度较高,而试样中心区域多次加热形成的多边形铁素体和珠光体导致硬度降低。同时,增材制造试样的拉伸性能也呈现各向异性,沿扫描方向和搭接方向材料的抗拉强度和屈服强度均高于增材方向。这些发现为CMT增材制造工艺优化和增材构件的力学性能调控提供了参考。

关键词： 水力发电机   转轮   中间法兰   电弧增材   铜合金密封层  

摘要： 水电是重要的清洁和可再生能源。水电利用高坝形成的高压水流冲击转轮旋转发电。水流冲击转轮时,有水从转轮组件与固定的中间法兰间隙溢出。水流中夹杂着细小砂砾,为减少对高价值的转轮组件磨损和腐蚀,在钢基体的中间法兰的密封面增材一层铜合金。原用人工电弧堆焊方法增材铜合金层,再加工成型。人工堆焊的人力和材料消耗大、作业环境差、作业时间周期长、能耗高、堆焊层存在缺陷、难以实现自动化生产和法兰变形量大。本文研究CMT冷金属过渡电弧焊接技术增材铜合金层的工艺,对比了人工和CMT堆焊的效果,结果表明CMT堆焊层缺陷少,作业时间周期减少了约82.5%、材料减少了约75%、能耗减少约83.4%,结合强度基本一致。

关键词： 钛合金   增材制造   温度   残余应力   数值模拟  

摘要： 电弧增材制造是一种高效、低成本增材制造技术,然而,电弧增材制造较高的残余应力会对增材零件的性能产生不利影响,因此,深入研究电弧增材制造过程中残余应力的形成机制、分布特性及其影响规律对于优化制造工艺、提升增材零件的性能至关重要。利用Abaqus软件建立了接近实际的钛合金电弧增材单道多层直壁零件的几何模型,通过数值模拟的方法,模拟了钛合金多层电弧增材过程中的温度场和残余应力场的分布。结果表明:随着增材层数的增加,熔池最高温度增加,冷却速率下降,在增材开始处和结束处出现残余应力集中;同时,由于增材重熔作用导致的应力释放效应,增材层数的增加会降低应力集中。

关键词： 电弧增材制造   2219铝合金   同步超声冲击   残余应力   有限元分析  

摘要： 由于铝合金增材制造制备构件时,构件内部留存大量残余应力,施加超声冲击降低残余应力后可大幅提高构件性能。通过附加同步焊枪运动的超声冲击,来辅助电弧增材的过程,制造2219铝合金单层多道沉积件,并对该辅助条件下制备的沉积件的残余应力及材料变形情况进行试验测量和数值模拟,分析了同步焊枪的单超声冲击辅助对残余应力和材料变形的影响。模拟结果显示,施加同步超声冲击辅助后,沉积件内的应力得到释放,在刚沉积完的区域应力集中减小得不明显,附加超声冲击的沉积件的等效残余应力和未附加超声冲击的沉积件的等效残余应力变化趋势一致,但拉应力值明显降低,等效残余应力峰值由未附加超声冲击时的217.5 MPa下降至附加超声冲击时的163.1 MPa,沉积完成且冷却300 s后的平均等效应力值由153.12 MPa下降至114.43 MPa,残余应力下降了25.27%。实际测量得到的表面残余应力的范围由90.03~207.71 MPa下降至54.25~141.62 MPa,平均残余应力下降29.16%。试验及模拟证实,附加超声冲击辅助后铝合金构件残余应力降低,性能有效提高,应用领域得以拓宽。

关键词： 高氮钢   冷金属过渡电弧增材   微观组织   机械性能   中性盐雾试验  

摘要： 采用冷金属过渡电弧增材技术在不同层间温度下(50℃、150℃和250℃)制备高氮钢直壁样件,开展了层间温度与组织和性能的相关性研究。研究结果表明:层间温度对成形质量有显著影响,50℃时成形效果最佳;增材工件主要由奥氏体和铁素体组成,其中铁素体以骨架状和蠕虫状分布在奥氏体基体中;降低层间温度可提高熔池冷却速度,减小树枝晶二次枝晶臂间距,限制氮气泡聚集长大过程,从而降低微米级氮气孔的尺寸和数量,减少氮损失量,低层间温度促进细晶粒生成,提升硬度,而较高层间温度则导致晶粒粗化,降低硬度;拉伸性能方面,低层间温度增强了抗拉强度,而高温则通过第2相析出改善拉伸性能;材料具有各向异性,横向试样的抗拉强度较为优越;断口形貌揭示微孔聚集型断裂模式,其中锰氧化物及氮气孔的存在对增材工件拉伸性能构成不利影响,气孔等缺陷易成为腐蚀起点,氯离子在高氮钢表面促进原电池形成而造成氯离子侵蚀;高氮钢中的固溶氮可抑制溶液pH值降低,促进样本表面快速再钝化,推迟钝态破坏,氮含量随层间温度升高而降低,增材工件耐腐蚀性降低。

关键词： 2319铝合金   电弧增材制造   动态力学性能   变形组织  

摘要： 由于铝合金结构件在实际服役过程中受到复杂载荷的作用,需要研究其在不同应变速率下的力学行为,对其静动态力学性能进行研究。采用电弧增材制造技术制备了2319铝合金薄壁样件,并通过准静态压缩试验和分离式霍普金森压杆试验分别研究了其在准静态和不同应变速率下动态的压缩力学性能。研究结果表明,沉积态的2319铝合金表现出明显的应变速率强化效应,与静态曲线相比,动态曲线上移。试样的屈服强度和最大流动应力均随着应变速率的增大而增大,但应变硬化率却表现出相反的变化趋势,并且屈服强度和最大流动应力的增幅也逐渐减小,这可能是由应变速率引起的硬化效应和由绝热温升引起的热软化效应相互竞争的结果。同时,随着应变速率的增大,竖直方向试样的柱状晶粒逐渐向垂直压缩载荷的方向发生更大的伸长变形,原有的沿<001>方向(沉积方向)的织构强度逐渐减弱,核平均取向差也逐渐增大,小角度晶界所占的比例略有下降。