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。

关键词： 90°弯管   电弧增材   全位置   波纹管联轴器  

摘要： 针对工业输送管道用小口径90°弯管内壁保护金属层,增材施工难度大、现有设备的焊枪难以无干涉地伸入弯管内部进行电弧增材等问题,设计一套新式环保的小口径弯管内壁自动电弧增材设备。设备巧妙地运用波纹管联轴器机构将焊枪喷嘴与机架连接固定,通过固定在双轴变位机上的弧形焊枪套,使焊枪喷嘴与弯管内壁形成3个自由度的回转变位,进而实现弯管全位置电弧增材。该设备可适应不同口径弯管的内壁电弧增材,生产成本低,工作效率高,且熔敷金属层与基板熔合良好,致密性高,无气孔和夹渣等缺陷。

关键词： 冷金属过渡   电弧增材制造   钛/铝异种材料   中间层   成形与组织  

摘要： 针对钛/铝异种材料构件的高质量制备需求,采用基于冷金属过渡(CMT)技术的电弧增材制造(WAAM)方法制备出添加Nb中间层的钛/铝构件,研究了铝合金熔敷送丝速度对构件成形与组织的影响规律。结果表明,随着铝合金熔敷送丝速度由3 m/min提高至5 m/min,一个CMT周期内的峰值阶段持续时间延长,热输入增大,铝合金熔敷层宽度增加;送丝速度为3 m/min和4 m/min时,在铝合金熔敷层与钛合金熔敷层之间均剩余了一层纯Nb中间层,在Al/Nb界面处分别形成了厚度约为0.8μm和2.0μm的AlNb反应层;送丝速度为5 m/min时,Nb中间层和部分钛合金熔敷层发生了熔化,形成了Ti-Al, Al-Nb和Ti-Cu等多种脆性金属间化合物。选择4 m/min送丝速度进行铝合金熔敷,可以获得具有较好成形和组织分布的添加Nb中间层钛/铝异种材料构件。

关键词： 倾斜结构   电弧增材制造   倾斜角度   偏移量   工艺建模  

摘要： 现有薄壁倾斜件增材成形多以直壁件参数为指导,易出现成形质量低、形貌难控制等问题,本文提出单层等距偏移法,对倾斜结构件进行脉冲电弧增材研究。主要分析工艺参数对极限倾斜成形能力的作用机理,用响应面法建立峰值电流、焊接速度等工艺参数与倾斜结构形态的数学模型,深入解析工艺参数对倾斜成形角和有效壁厚的影响规律。结果表明:增大热输入和送丝量能提高自支撑极限成形能力,单层偏移量最大可达1.2 mm、极限成形角度最小为16.72°。偏移值与送丝速度的交互作用对倾斜件成形角和有效厚度的影响最显著;当送丝速度较小时,增加偏移值可增大成形角度范围。成形变曲率中空筒形件,对比试验误差小于6%,证明模型有效。

关键词： 难熔高熵合金   电弧增材制造   力学性能   合金材料  

摘要： 电弧增材制造技术以其成形速度快、材料利用率高、生产成本低等优势,在航空航天、船舶制造、汽车工业等领域已取得广泛应用。文章采用电弧增材制造技术制备了WNbMoTaTi难熔高熵合金,并通过维氏硬度计、Gleeble 3500热模拟试验机研究WNbMo-TaTi难熔高熵合金硬度及高温压缩性能。结果表明,WNbMoTaTi难熔高熵合金堆焊层具有较高的维氏硬度,平均硬度为610 HV_(0.2)。在500℃时,其压缩强度为629 MPa,断裂应变为2.1%;在1000℃时,其压缩强度为602 MPa,断裂应变为4.9%。

关键词： 逆向成形   电弧增材制造   工艺参数   表面质量   函数模型  

摘要： 目的 建立一种基于逆向成形的电弧增材制造表面质量评价方法,研究工艺参数对电弧增材表面质量的影响。方法 依据最小误差原则选用合适的函数建立理想模型,逆向成形各电弧增材试样并得到提取模型,比较提取模型与理想模型的差异,定量描述电弧增材试样表面的成形质量,分析电弧增材试样中缺陷出现的原因,评估各工艺参数对电弧增材试样表面质量的影响。结果 随着工艺参数的改变,电弧增材试样的宽度减小,高度增加,试样的标准偏差值在1.95~2.15之间,均平方根值在2.4~2.9之间。工艺参数经优化后,试样的标准偏差值和均方根值分别减小到1.738和1.878。结论 送丝速度和成形速度的匹配程度对电弧增材表面质量有较大影响,实际成形中出现的非理想情况在此方法的计算结果中均可得到反映,与实际成形情况较吻合。

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

摘要： 以不同钇含量的2319铝合金丝材为原材料,采用基于冷金属过渡的电弧增材制造工艺(wire arc addictive manufacturing,WAAM)制备2319铝合金,研究了钇含量对WAAM 2139铝合金的显微组织及力学性能的影响.结果表明,添加Y元素可明显细化直接沉积态WAAM 2319铝合金的晶粒,细晶强化及第二相强化作用显著,间接影响了时效过程析出的二次析出相θ′的数量,同时,未对直接沉积态WAAM 2319铝合金中气孔缺陷的大小、分布产生显著影响.随着钇含量的增加,合金凝固过程含钇化合物在晶粒交汇处偏析程度增大,使得合金成分过冷度减小,导致WAAM 2319铝合金的晶粒尺寸呈现先减小后增大的趋势,抗拉强度和屈服强度呈现出先上升后下降趋势,断后伸长率逐渐下降.当钇含量为0.15%时,WAAM 2319铝合金表现出最优的力学性能,即抗拉强度484 MPa、屈服强度348 MPa和断后伸长率10.5%.

关键词： 丝材电弧增材制造   近净成形   熔池动态行为   稳定性控制  

摘要： 金属电弧增材制造是一种高效、低成本的快速净成形工艺,非常适合大尺寸金属零部件的整体成形制造。但电弧增材过程中热积累、散热边界条件及沉积层表面状态等非平衡时变使得成形件尺寸精度较低,直接影响沉积件的工程化应用。为此,本文以电弧增材成形过程稳定性控制为考察对象,详细调研分析了国内外相关研究机构的研究成果与技术优势,归纳总结了通过提高电弧增材成形过程稳定性来提高尺寸精度和表面质量需解决的关键科学技术问题,并讨论了以控制电弧增材成形过程稳定性提升成形精度的研究发展方向,以期为电弧增材过程稳定性调控和提高成形尺寸精度提供参考。

关键词： 高强钢   电弧增材制造   显微组织   力学性能   断口形貌  

摘要： 利用电弧增材制造技术制备了高强钢薄壁墙试样。分析评价了高强钢电弧增材制造试样的显微组织和力学性能。结果显示:在成型制造过程中有较小的飞溅产生的固体小颗粒,成形外观形貌质量良好;试样金相组织主要为块状和针状铁素体+粒状贝氏体,金相结果可以看出试样内部结构无明显缺陷;试样横向和纵向截面的平均显微硬度分别为321 HV_(0.2),338HV_(0.2),试样的力学性能优良,横向抗拉强度927 MPa,屈服强度829MPa,伸长率16.8%,25℃夏比冲击值51 J,纵向抗拉强度915MPa,屈服强度764MPa,伸长率14.1%,25℃夏比冲击值63 J;拉伸、冲击试样断口形貌图中充满了均匀分布的韧窝,表现为典型的韧性断裂。