关键词： 激光-电弧热源   增材制造   数值模拟   残余应力   工艺参数  

摘要： 采用数值模拟与试验验证相结合的方法对激光辅助电弧复合增材制造过程中的应力以及变形进行模拟与分析。分析了激光辅助电弧复合增材制造的应力场演变规律,并在此基础上研究了堆积方式、激光功率对残余应力以及变形的影响。结果表明,成形件残余应力整体上呈现拉应力,中间部分为拉应力,靠近基板处为压应力。交错式堆积路径下成形件残余应力小于同向式,交错式堆积路径下成形件变形较大。成形件的残余应力以及变形随着激光功率的增大而增大,900 W功率时成形件应力以及变形最小。研究成果对激光辅助电弧复合增材制造工艺参数的选择提供了一定的基础数据。

关键词： 电弧增材制造   成形工艺   在线监测   闭环控制  

摘要： 电弧增材制造以电弧为载能束逐层熔化金属丝材直至形成全焊缝金属构件,因其制造成本低、成形效率高、材料利用率高等优势而备受推崇。成形尺寸的自动检测与控制是推进电弧增材制造技术工程化应用、快速产业化必须解决的关键科学与技术挑战。主要从成形工艺调控、过程在线监测与控制角度阐述了国内外电弧增材制造成形控制技术的研究现状,以红外、电参数和视觉监测原理为出发点,重点分析了现有电弧增材制造在线监测与成形控制技术的研究进展与不足,提出了未来电弧增材制造成形在线监测与控制技术的主要发展方向。

关键词： 电弧增材制造   工艺方法   增材焊料   热处理   轧制  

摘要： 电弧增材制造以其沉积效率高、增材速度快的特点,在大型构件的增材制造中有很大优势,进一步发挥增材制造优势是未来重要研究趋势。介绍了电弧增材制造的工艺方法,对比不同方法的沉积效率和性能特点,指出激光诱导电弧增材和热丝增材可以显著提高增材效率;总结了添加剂和焊料对沉积件性能的影响规律,发现层间添加剂有助于提高沉积件的力学性能以及减少缺陷。此外由于各种工件需适用于不同的工作环境,新型增材制造焊丝的开发研究也十分重要;介绍了增材后处理对沉积件性能的影响。发现增材后轧制、热处理等后处理工艺对电弧增材制造性能的提升效果明显。

关键词： 药芯丝材   电弧增材制造   多向钢节点   工艺性能  

摘要： 开发了一种用于多向钢节点电弧增材制造的金属粉芯型药芯丝材,研究了其在不同工艺规范与摆动条件下的工艺性能、显微组织与力学性能。结果表明:开发的药芯丝材在不同工艺规范与摆动条件下堆积金属两侧平直,表面平整,未出现裂纹、气孔等缺陷,具有良好的成型性;堆积过程中电流波动幅度不超过±3.5%(±7.5 A),电压波动幅度不超过±4.0%(±0.9 V),波动较小,电弧稳定,飞溅率低于2.5%;堆积金属的显微组织为铁素体和珠光体,其拉伸强度、延伸率和20℃冲击功,沿堆积方向分别为512 MPa、25%和127 J,沿垂直于堆积方向分别为519 MPa、24%和134 J。利用开发的药芯丝材电弧增材制造六向钢节点,制造的构件尺寸偏差在±1.3 mm以内,成型精度较高;其显微组织也为铁素体和珠光体,力学性能满足使用要求,开发的药芯丝材可用于多向钢节点电弧增材制造。

关键词： 电弧熔丝增材制造   钛铝复合材料   复合比   数值模拟  

摘要： 通过基于冷金属转移的电弧熔丝增材制造技术制备了铝/钛复合材料.观察到钛/铝结合界面存在元素扩散,形成一定厚度的中间反应层,表明界面结合良好.同时,通过硬度测试得到界面附近的硬度介于钛侧与铝侧之间,这主要是由于元素扩散导致界面附近生成了硬脆金属间化合物.考虑到不同的复合比会导致不同力学性能,通过拉伸试验,研究了复合比对带缺口的钛/铝复合材料拉伸力学性能的影响规律.结果表明,在持续拉伸载荷作用下,钛/铝复合材料的两组成层之间相互影响.随着复合比的增加,抗拉强度和屈服强度增加,断后伸长率由于受钛铝之间冶金反应的影响较大,当钛/铝试样具有较低复合比时,其断后伸长率甚至小于单一沉积铝,随后才随着复合比的增加而增大.另外,运用ABAQUS补充了多组复合比下钛/铝复合材料的拉伸过程,得到了复合比与屈服强度和抗拉强度的关系式.创新点:(1)由于钛与铝之间的较大的性能差异,两者间的结合存在较大的问题,目前许多学者采用了热轧、爆炸焊接等多种方法连接钛与铝,并对其结合性能和界面显微组织进行了研究.但目前运用电弧增材制造连接钛与铝的方法鲜有研究.因此针对电弧熔丝增材制造的钛/铝复合材料进行了研究,填补了这一领域的空白.(2)目前仅有的几位学者对电弧熔丝增材制造钛/铝复合材料的研究主要侧重于增材过程中铝和钛结合界面的显微结构,尚未有复合比对钛/铝复合材料整体力学性能影响的研究,而复合比在产品的实际生产中是一个重要的参数,了解复合比对复合材料整体力学性能的影响规律能为复合材料后续的研究奠定基础.(3)有限元模拟有效的减少研究的时间成本,对钛/铝复合材料的整体拉伸过程进行了数值模拟,虽然得到的有限元结果与试验结果有差异,但整体吻合较好,这为复合材料后续的研究提供了预测工具.

关键词： 电弧增材制造   随弧激冷   温度场   成形质量   组织性能  

摘要： 针对电弧增材制造过程中严重的热积累所导致的成形件成形质量差、尺寸精度低以及晶粒粗大等问题,提出通过随弧激冷电弧增材制造方法来改善电弧增材制造过程中的热积累。采用数值模拟与试验相结合的方法研究随弧激冷对电弧增材制造过程温度场的影响,分析施加冷源对成形件的成形质量以及组织性能的影响。结果表明,施加冷源能够有效改善电弧增材制造过程中的热积累,提高成形件的成形质量以及尺寸精度,优化成形件的显微组织以及力学性能。

关键词： 热锻模具   电弧增材   再制造技术   研究进展  

摘要： 热锻模具是制造业中的基础工艺装备,是大规模生产的基础。由于其复杂的工作环境,热锻模具内部易产生疲劳裂纹、磨损、塑性变形等失效。将电弧增材技术引入热锻模具修复与再制造可提高模具基体材料的利用率,降低制造成本,提高锻造生产连续性。本文总结了热锻模具的主要失效形式及成因,并通过对现有修复技术比较,得出了电弧增材技术的适用性范围。分析了焊材、工序及工艺因素等对热锻模具再制造质量的影响,结合该技术已取得的进展及面临的技术瓶颈,对热锻模具电弧增材再制造技术的未来研究方向进行了展望:如研究热锻模具再制造专用焊材、匹配低热输入量增材制造工艺、建立电弧增材制造多金属层热锻模具剩余服役寿命预测模型、研发增减材净成形修复设备等。

关键词： 电弧增材制造   镍钛合金   原位合金化   形状记忆效应  

摘要： NiTi合金是一种应用广泛的形状记忆合金,其中Ti_(47)Ni_(44)Nb_(9)成分的合金是一种可靠的航空管接头材料.采用双丝电弧增材制造(WAAM)的方法制备了Ni_(52)Ti_(48)合金,并以Nb元素进行了原位合金化得到了Ti_(47)Ni_(44)Nb_(9)合金,研究了其典型组织、压缩性能、相变温度与形状记忆效应,分析了Nb元素的添加对WAAM镍钛合金组织及性能的影响.结果表明,加入Nb元素后,合金的组织除B2相晶粒外,还在晶界处有细小的β-Nb相析出,使得合金的压缩强度在横向与纵向上分别增加了7.9%与3.1%,形状记忆回复率则下降了4.0%,相变温度滞后从−6.4℃提升至40.9℃,使得该材料作为记忆合金管接头时更加利于储存与装配.创新点:(1)首次对WAAM镍钛合金进行了原位合金化.(2)采用双丝加箔片的工艺制备Ni_(47)Ti_(44)Nb_(9)合金.(3)通过Nb元素的加入增加了合金的相变温度滞后.

关键词： 电弧增材制造   TC4   显微组织   力学性能   冷却速度  

摘要： 电弧增材制造(WAAM)技术兼具生产效率高和成本低的特点,但为保证其生产的零部件的综合性能,往往需要进行后续的热处理。文中采用WAAM技术制备了TC4试样,利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、拉伸试验机及硬度仪研究了冷却速度(950℃/2 h/WC水冷、950℃/2 h/AC空冷、950℃/2 h/FC炉冷)对TC4组织与性能的影响。试验结果表明,WC、AC及FC冷却方式下TC4试样的组织均由初生α相和β相组成,其中WC冷却方式得到的β相较多;TC4试样的组织由下至上均呈现逐渐粗化的倾向;随着冷却速度的降低,初生α相有粗化趋势,TC4试样抗拉强度降低,塑性提高;950℃/2 h/AC WAAM TC4试样力学性能超越了铸件国标要求;拉伸试样断口形貌均为塑性断裂。

关键词： 多丝增材制造   熔敷效率   热输入   异质合金化   金属材料  

摘要： 近年来,随着增材制造技术的蓬勃发展,越来越多的学者开始关注电弧熔丝增材制造技术,其中多丝电弧增材制造技术相比于传统的单丝电弧进一步提高了熔敷效率并易于多合金成分调控,得到了密切关注。主要介绍了为均衡多丝电弧增材制造技术熔敷效率与热输入之间的关系和控制熔滴平稳过渡而进行的创新与改进,总结了多丝电弧增材制造异质多丝合金化的研究现状,并分析了多丝电弧增材制造技术目前所面临的问题以及未来研究目标与发展趋势。