关键词： 电弧增材制造   超声冲击   316L不锈钢   微观组织   力学性能  

摘要： 采用超声冲击辅助熔化极电弧增材进行了316L不锈钢单墙体成形试验,对比研究了超声冲击辅助对成形件组织和性能的影响。结果表明,成形件的组织均由奥氏体和铁素体组成。引入超声冲击后成形件组织细化,晶粒尺寸平均值较未冲击件晶粒尺寸平均值减小了57.1%;铁素体含量由未冲击件的2.4%增加至超声冲击后的6.7%。成形件显微硬度和拉伸性能提高,显微硬度平均值为(182±8.9)HV,较未冲击件提高了5.2%。横向抗拉强度和延伸率分别为(595±14.4)MPa、(44±6.8)%,纵向抗拉强度和延伸率分别为(604±20.7)MPa、(36±3.4)%。

关键词： 五电弧增材制造装备   大型金属构件   多机器人协同   形性一体化  

摘要： 电弧增材制造是用于大型复杂金属构件成形的新技术,其制造装备是实现金属构件形性一体化制造的关键。研制了可实现3台机器人协同工作、金属构件形性一体化制造的五电弧增材制造装备,由增材单元、测量单元和减材加工单元等组成。利用RoboTeam软件包实现3台机器人协同工作,在总控单元中开发机器人路径规划软件,分别对3台机器人进行路径规划。采用研制的装备成形艉轴架时,其抗拉强度为543 MPa,屈服强度为426 MPa,伸长率为24.2%,-20℃冲击功为132 J,优于同成分铸造件的力学性能;艉轴架的尺寸与标准模型之间的整体偏差为±0.65 mm。

关键词： 镁合金   超音频脉冲方波电弧   电弧增材   成形控制  

摘要： 镁合金是航天装备结构件制造轻量化的重要结构材料之一,但受限于其成形性差等因素,高性能镁合金复杂构件制造困难,极大地限制了其应用范围。文中针对AZ31镁合金电弧增材成形特性开展研究,率先将自主研发的新型超音频脉冲方波电弧热源用于镁合金电弧增材制造,重点研究了增材过程参数(送丝速度、运动速度)和电流特征参数(变极性电流、变极性频率和超音频脉冲电流频率)对AZ31镁合金增材表面形貌和成形特征尺寸的影响。结果表明:通过合理匹配超音频脉冲方波电流参数和增材过程参数,可实现对AZ31镁合金增材成形的有效控制,在送丝速度6 m/min,运动速度0.2 m/min,变极性电流90 A,变极性频率300 Hz,高频脉冲电流频率60 kHz条件下,AZ31镁合金增材成形质量良好,有效利用率达90%。

关键词： AZ91镁合金   电弧增材制造   工艺优化   成形控制  

摘要： 针对镁合金电弧增材制造表面成形质量控制的难题,通过Design-Expert软件对AZ91镁合金TIG电弧增材的电流、送丝速度、增材速度等工艺参数和熔覆层层宽之间进行建模,探索了各工艺参数对增材层宽的影响规律,并利用增材主要工艺参数和尺寸的数学模型优化了增材电流,根据电流优化值来控制直壁构件层宽。结果表明,对层宽影响最大的是增材电流,其次是增材速度,影响最小的是送丝速度;采用优化后的工艺增材制备的单道多层构件自上至下的层宽波动起伏小,层宽偏差值由4.54 mm减小到0.94 mm,提高了AZ91镁合金增材成形质量。

关键词： 电弧自由熔积   微区锻造成形   复合增材制造   铝合金  

摘要： 利用电弧微铸锻复合增材制造装置直接成形了Safra 66铝合金制件,对电弧自由熔积成形与电弧微铸锻复合成形的Safra 66铝合金的组织特征和力学性能进行测试和分析,对比研究了微铸锻复合成形的断口形貌。结果表明:与自由熔积成形相比,微铸锻复合成形工艺可使Safra 66铝合金的组织更加均匀,晶粒得到整体细化,屈服强度提高31.1%,抗拉强度提高11.3%,伸长率提高20.0%,平均硬度提高15.5%。

关键词： 熔滴沉积成形   钨极惰性气体(TIG)电弧   钢/铅双金属结构   增材制造  

摘要： 传统钢/铅粘接结构在使用或长期贮存过程中存在粘接层局部脱粘、老化或强度退化等问题,严重影响复合结构的完整性和长期稳定性。本工作提出采用钨极惰性气体(Tungsten inert gas,TIG)电弧复合熔滴沉积成形新方法实现45钢/铅合金双金属结构的直接冶金复合增材制造,利用金相显微镜、扫描电镜、能谱仪、硬度实验以及拉伸实验等方法对钢/铅双金属结构成形试样的界面组织特征与力学性能进行分析。结果表明,铅合金沉积层特征尺寸随TIG电弧热输入的改变呈现出明显的非线性依赖特征;45钢/铅合金双金属结构界面未被发现明显孔隙、裂纹等冶金缺陷;界面化合物(Intermetallic compounds,IMCs)层的厚度约为30~70μm;钢/铅双金属成形试样的界面剪切强度平均值为28.4 MPa,远高于文献报道的强度(4.2 MPa),试件剪切拉伸断裂均发生在铅合金沉积层侧而非结合界面。

关键词： 电弧增材制造(WAAM)   7075铝合金   组织形貌   力学性能   热处理  

摘要： 7xxx系铝合金电弧增材制造过程中因组织不均匀与元素偏析导致成形试样性能较低,针对这一问题,对电弧增材制造7075铝合金薄壁件进行固溶+人工时效热处理(T6态),对比研究了热处理前后微观组织与力学性能的变化。结果表明,7075铝合金沉积态试样中晶粒被网状共晶组织包围,Zn、Mg和Cu元素在晶界富集,产生元素偏析。经过T6态热处理后,大部分共晶组织溶解,元素分布的不均匀性得到明显改善。与沉积态试样相比,热处理后试样的抗拉强度与断后伸长率增加,抗拉强度从(279.4±5.3)MPa提高至(493.9±10.2)MPa,断后伸长率从3.78%±0.35%增加到9.66%±1.70%。T6态试样的拉伸断口表面密布着韧窝,断裂方式为韧性断裂。

关键词： 电弧增材制造   δ-铁素体   双相不锈钢   冷金属过渡   显微组织  

摘要： 综述了涉及电弧增材制造(wire arc additive manufacturing,WAAM)的双相不锈钢熔敷层中δ-铁素体的特征。结果表明,WAAM的双相不锈钢壁体显微组织是在δ-铁素体基体晶界和晶内分布着不同形态的奥氏体。双相不锈钢填充焊丝化学成分(Cr;/Ni;)对WAAM壁体显微组织的影响非常关键;熔敷工艺的影响亦是通过熔池成分(Cr;/Ni;)的变化来改变相比例的;热输入的影响不明显。试样中δ-铁素体含量过低,以及晶粒粗化对壁体力学性能产生不利的影响。通过焊丝和工艺方法控制熔池成分(Cr;/Ni;),限制δ→γ转变,确保δ-铁素体与奥氏体相比例,同时通过合理选用工艺参数对熔池冷却速度进行控制,以便辅助性遏制δ→γ转变。

关键词： NiTi形状记忆合金   Workbench模拟   电弧增材   可展开结构   主动变形  

摘要： 形状记忆合金(SMA)是一种具有广阔应用前景的新型智能材料,具有形状记忆效应和超弹性,在航空航天学等领域具有很好的应用前景。文中基于航天器智能结构对可展开性的具体要求——升空前为节省空间对结构进行压缩,减少装载体积,抵达目标地后实现主动展开以备使用,对NiTi形状记忆合金智能结构"折叠-主动变形展开"过程中的关键技术进行了研究。通过电弧增材的方式制备了NiTi合金构件,并通过DSC测试表明,室温下增材件组织是完全奥氏体组织,且存在完整的形状记忆效应相变过程。又基于Workbench软件,采用Auricchio本构,建立了三维NiTi合金几何模型,模拟了热驱动实现构件的主动展开过程,试验验证了模型的有效性。

关键词： 电弧熔丝增材制造   焊锻复合   关节机器人   分层切片  

摘要： 为了降低失效热锻模修复成本、提高修复效率,基于ABB工业关节机器人,开发了电孤熔丝焊锻复合增材再制造算法和装备,并用曲轴热锻模具进行再制造修复,以验证算法和装备的有效性。首先,提出增材制造目标模型的分层切片、截面复合填充算法;随后,提出满足增材再制造工艺所需的关节机器人TCP姿态控制算法,以达到控制焊枪与焊接路径夹角的目的,从而提高焊接成形质量;最后,选用失效曲轴热锻模进行了修复实验。结果表明,相较于人工修复,采用该工艺可大幅节约焊接材料并显著降低修复时间。人工修复和自动修复后的热锻模在相同条件下服役后,自动修复的热锻模表面光滑,微裂纹和塌陷缺陷少,比人工修复的热锻模具有更好的表面形貌,模具服役寿命得到显著提高。