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

摘要： 探索MIG电弧增材制造6061铝合金构件的工艺成形性,并对成形件不同区域的微观组织及力学性能开展研究.结果表明,当送丝速度/焊接速度的比值P在0.5~1之间,且送丝速度在5~7 m/min之间时,可获得良好焊道形貌;堆积焊道层与层之间交界处为结合层,其余区域为沉积层,结合层和沉积层呈现出沿堆积高度方向灰白色带依次交替的形貌,并都呈现出各种尺寸大小的气孔多发的状态;显微硬度和拉伸测试发现:沿着堆积方向硬度变化不大,结合层硬度低于沉积层,且硬度波动性更大;不同区域水平方向强度差异不大,堆积方向强度比水平方向略低,平均断后伸长率分别为18%和22.6%,两个方向拉伸断口皆以韧窝为主,属于韧性断裂.

关键词： 电弧增材制造   直壁件   双面堆积策略   变形   应力  

摘要： 针对传统电弧增材制造单面堆积所导致单向热累积问题,文中提出采用双面堆积的策略,即在基板的两面交替堆积相同的材料来平衡传统单面堆积的单向热输入产生的围绕成形件中性轴的较大的弯矩,从而减小单面堆积成形件的单向翘曲变形,并通过单道4层直壁零件的单面堆积和双面堆积的热力耦合数值仿真和对应的试验进行验证。研究结果表明,双面堆积策略可有效减小基板和直壁件的翘曲变形,改善成形件残余应力分布,从而验证了所提出策略的有效性。文中的研究结论可以为电弧增材“形、性”并行的调控提供理论依据和参考。

关键词： 电弧增材   表面成形   组织   性能   研究进展  

摘要： 以电弧作为热源的电弧填丝增材制造技术(WAAM),使用金属焊丝作为熔覆材料,以层间堆焊的方式,可生产出焊接缺陷少、力学性能好的构件,在航空航天、船舶制造、生物医学等领域有重要应用前景。针对电弧增材制造过程中,表面成形精度及组织性能难以准确调控的难点,文中从控制电弧增材表面成形和组织性能两方面综述了国内外研究进展。按照在增材制造时调控手段的介入阶段不同,将调控手段分为在增材过程中的调控、在增材过程后的调控两大类,分别阐述各改善调控工艺技术的原理特点和存在问题及电弧增材制造形性调控未来发展方向。

关键词： 电弧增材制造   Al-Cu-Mg合金   成形   气孔   硬度梯度  

摘要： 以新研制的?1.6 mm ER2024(Al-4.2Cu-1.3Mg)铝合金丝材为填充材料,开展AC-TIG电弧增材制造直壁构件的试验研究。结果表明,采用AC-TIG电弧热源制备Al-4.2Cu-1.3Mg铝合金直壁试样,成形稳定,通过脉冲调制电弧(AC-P-TIG)调控热输入可有效控制成形尺寸,并显著减少气孔缺陷;Al-4.2Cu-1.3Mg铝合金电弧熔丝增材构件内部组织主要由较粗大的等轴枝晶组成,具有较小热输入的脉冲调制电弧可细化晶粒,对应构件的平均显微硬度最高,为HV105,且硬度梯度最小,最大仅为HV10/mm。

关键词： 增材制造   复合路径规划方法   几何还原度   表面质量   轮廓偏置路径   Z字形路径  

摘要： 电弧熔丝增材制造(WAAM)适用于具有复杂几何特征的大尺寸金属构件的快速成形,而合理的路径规划方法可以极大的提升构件的几何还原度和表面质量。本文分析了常用路径规划方法的优缺点,提出轮廓偏置路径和Z字形路径相结合的复合路径规划方法,并对轮廓偏置路径的偏置距离进行了优化。优化结果表明轮廓偏置路径可以提高构件轮廓的几何还原度,Z字形路径可以消除轮廓偏置路径几何中心易形成孔隙的缺陷,提高成形质量。利用数控弧焊增材制造系统进行实验验证,结果表明该复合路径规划方法对于多数大尺寸复杂结构件的成形路径规划具有很好的可行性和适用性。

关键词： 增材制造   电弧   综述   基础研究  

摘要： 介绍了电弧熔丝增材制造(Wire arc additive manufacturing,WAAM)的工艺特点、系统组成和增材制造中发生的物理过程。重点从电弧增材装备系统研发、过程检测与控制、微观组织性能和缺陷、成形工艺与参数分析等四个方面论述了WAAM研究现状。当前研究热点是考察形成件微观组织和力学性能,分析成形件中的残余应力、变形、孔隙、开裂和分层等缺陷问题。另一个研究热点是针对不同的材料体系和不同的焊接工艺,考察影响成形件精度和表面形貌的关键因素。论文对于WAAM国内外的应用情况也作了简要介绍。综述发现,WAAM基础研究较为薄弱,特别是传热传质机理十分缺乏,亟需准确系统的理论和模拟研究促进该技术的发展,为WAAM提供精细化指导。

关键词： 电弧增材制造   Al-Zn-Mg-Cu合金   微观组织   力学性能  

摘要： 电弧增材制造铝合金构件及技术应用的潜力巨大,但是增材制造的高强铝合金通常存在着缺陷多、力学性能差的问题。文中以电弧增材制造Al-Zn-Mg-Cu合金为研究对象,探索微量Zr和Ti元素对成形合金的微观组织和力学性能的作用机制。研究结果表明,添加这些微量元素以后,可以在合金中析出Al_(3)(Zr,Ti)纳米亚稳相,并且细化晶粒组织,提高了合金的硬度、强度和塑性,提高了断口的韧性断裂比例,以及减少了合金中的气孔和裂纹缺陷。研究结果为增材制造铝合金材料的开发和设计提供了思路和参考。

关键词： 冷金属过渡   电弧增材制造   温度场   流场   熔池   数值模拟  

摘要： 冷金属过渡(Cold metal transfer, CMT)电弧增材制造技术具有熔敷效率高、热输入低、成形稳定等优点,在大尺度构件直接成形领域应用前景广阔。然而,其成形过程熔池热-流等物理场演变机理尚不明确,且很难通过试验手段获得。基于动网格技术,建立了二维CMT电弧增材制造热-流场数值模型。模型中,采用流体体积法追踪金属-气体界面,采用焓-孔隙法处理金属熔化与凝固,采用椭球热源周期性加载等效CMT电弧起收弧过程。基于建立的模型,以铝合金为研究对象,计算分析了不同驱动力对熔池流动行为影响、CMT熔滴过渡过程熔滴与熔池相互作用及不同基板热条件对熔覆层形貌和熔池尺寸的影响。结果表明:Marangoni力对熔池流动行为影响最为剧烈,其次是电弧压力;当熔滴随着焊丝向下运动时,熔滴表面液态金属向下流动,而其内部金属向上流动,形成环流;当熔滴进入熔池后,熔池表面金属向两侧边缘铺展,并在底部形成两股反向涡流;随着基板温度的升高,熔覆层形貌从瘦高状向扁平状转变。

关键词： 电弧熔丝增材   温度场   热循环   基体   敏化区  

摘要： 电弧熔丝增材(WAAM)是一种利用电弧将焊丝熔积成型的新型制造方法,基本原理是“分层制造,逐层堆积”。在连续的热循环作用下,WAAM成型件内部易产生较大的残余应力和变形,影响零件的性能。为了研究电弧增材制造过程中温度演变规律及对基体的影响,基于有限元法,采用“生死单元”技术建立了三维瞬态仿真模型,进行了层间停留温度为400℃条件下306L不锈钢电弧增材制造过程温度场的模拟;采用热成像仪测量增材过程的温度,将模拟结果与实测结果进行对比研究。结果表明:模拟结果和测试结果有高度的一致性,验证了模型的准确性;在增材制造过程中,会发生热积累现象,高温区域增大;堆积过程中前四层会对基板产生较大的热影响;基体的热影响敏化区的深度大约为基板下6 mm。

关键词： 2024铝合金   电弧增材制造   微观组织   拉伸力学性能  

摘要： 采用电弧熔丝增材制造方法成形了2024铝合金薄壁构件,研究了固溶时效热处理前后构件的微观组织和拉伸力学性能。结果表明,沉积态构件中,Al_(2)Cu相和Al_(2)CuMg相主要呈网状连续分布于晶界处,少量Al_(2)Cu相呈颗粒状分布于晶界交点或晶粒内部;热处理后Al_(2)Cu相呈颗粒状或棒状弥散分布。沉积态构件抗拉强度为250MPa,热处理态构件抗拉强度为426MPa。