冷金属过渡电弧增材制造多道搭接工艺研究

基于冷金属过渡(CMT)电弧增材制造技术,以2319铝合金为堆积材料,恒定送丝速度与不同焊接速度得到6组单层焊道,分别采用标准曲线对单层焊道截面轮廓进行拟合,结果表明抛物线和圆弧曲线的拟合效果均较好。在损失较小模型精度的情况下简化搭接模型,基于抛物线曲线建立单层多道斜顶搭接模型,理论推导最优搭接间距为0.715倍单道宽度。为了验证模型的正确性,采用不同搭接间距成形单层两道进行试验验证,并将其与传统的平顶搭接模型进行对比。试验结果表明斜顶模型更加符合CMT电弧增材制造工艺过程。当搭接间距确定后,研究表明当单层焊道成形高度降低时,搭接表面不平度随之减小,有利于后续多层多道堆积成形。基于优化后的搭接参数,成形多层多道样件,成形形貌良好,三个方向的拉伸力学性能表现出各向异性。     

纵向稳态磁场对电弧增材成形零件表面质量和性能影响的研究

外加磁场作用是影响电弧增材成形过程与成形零件性能的有效方式之一。为了研究外加纵向稳态磁场对低碳钢电弧增材成形零件表面质量和力学性能的影响,搭建基于GMAW的纵向稳态磁场辅助电弧增材成形装置,采用形貌分析、金相观测、性能测试的方法对比分析有/无外加磁场作用下成形试样表面质量、微观组织及力学性能差异。结果表明:相比普通熔积,外加磁场作用下,单焊道宽高比增大,形成宽而平的焊道横截面形貌,从而有效地改善搭接精度并提高熔积层表面质量,电磁搅拌作用还能够细化晶粒,减少熔积缺陷以及多道搭接区域的晶粒分布的不均匀性。此外,外加磁场作用还改变了铁素体和珠光体的占比和分布形态。力学性能测试显示,磁场作用使得成形样件在熔积方向和搭接方向的力学性能有一定的提升,力学性能的各向异性减小。     

镁合金CMT-电弧增材再制造工艺与组织性能研究

采用CMT焊接技术对AZ31B镁合金增材再制造工艺进行研究,从焊缝形貌、微观组织、摩擦磨损试验方面评价其工艺参数。结果表明:CMT快速增材再制造镁合金的合理工艺参数为送丝速度13m/min、焊接速度1. 4m/min;增材组织晶粒明显细化,耐磨性与母材相当,满足大多数使役工况。     

冷金属过渡电弧增材制造技术研究进展

针对冷金属过渡(CMT)电弧增材制造技术存在的表面成形质量差、制件内部易形成孔隙等冶金缺陷、微观组织与性能调控困难等问题,从控形与控性两个方面出发,对CMT电弧增材制造技术研究进展进行了综述.首先,对CMT技术的原理及特点进行了分析与梳理;然后,对CMT电弧增材制造技术在"形"与"性"方面的调控方式进行了总结,具体阐述...     

冷金属过渡电弧增材制造5183铝合金温度场的数值模拟

利用有限元分析软件ABAQUS使用生死单元法建立冷金属过渡(CMT)电弧增材制造单道10层5183铝合金模型,模拟分析了增材制造过程中温度场的分布和变化规律,并进行试验验证;采用该模拟方法研究了增材制造路径(单向和交叉路径)、层间冷却时间(20,40,60 s)和焊接速度(400,450,500 mm·min^-1)对温度场的影响。结果表明：模拟得到在CMT电弧增材制造过程中基板某点的热循环曲线的变化趋势与试验结果基本一致,且峰值温度和波谷温度与试验结果的相对误差均不大于8.93%,验证了模型的准确性。随着堆焊层数的增加,熔池峰值温度升高,熔池区域变大;单向路径增材制造会在试样收弧端产生较严重的热积累,而交叉路径可以减弱热积累效应;层间冷却时间越长,焊道中点的峰值温度越低,且降低幅度随冷却时间的延长而逐渐减弱;焊道的峰值温度和波谷温度随焊接速度的增加而降低。     

浅析CMT技术在铝合金电弧增材制造中的应用

随着近些年科学技术不断进步,越来越多的先进制造工艺与技术在轻合金材料制造领域得到应用。铝合金材料及技术目前已经取得较好发展成果,相应的增材制造技术也备受关注。CMT是一种新型焊接工艺,具有弧长控制精确、飞溅少以及热输入量小等特点,非常适合低熔点金属,特别是铝合金增材制造,是近些年国内外研究的焦点之一。基于此,从当前国内外研究方向着手,对CMT工艺、送丝速度以及焊接速度等参数对成形件的影响进行分析,概述CMT电弧铝合金增材制造时的气孔缺陷、组织性能及尺寸控制等内容。最终可知,CMT技术在铝合金电弧增材制造方面仍然有待进一步研究,从而实现在现代制造业领域的加速发展。     

ER120S-G高强钢电弧增材制造的工艺优化

针对ER120S-G高强钢电弧增材制造搭接间距的工艺优化问题,采用脉冲熔化极气体保护焊(GMAW-P)工艺,对5组单层焊道进行Canny边缘提取和高斯平滑滤波,并选用不同函数对单道形貌进行拟合。比较了常规搭接模型和优化的斜顶搭接模型,并计算出它们的最优搭接间距。研究结果表明,对于高强钢GMAW-P工艺,采用正弦函数拟合焊道边缘的效果最佳,并且采用优化的斜顶搭接模型得到的最优搭接间距为0.66倍的单道宽度。基于上述优化结果试验成形了多层多道块体样件,成形表面质量良好无缺陷,块体组织主要为针状铁素体、粒状贝氏体以及M-A组元等,抗拉强度呈现一定的各向异性。     

冷金属过渡电弧增材制造H13钢块体的显微组织与力学性能

采用机器人辅助冷金属过渡电弧增材制造技术制备五层十五道结构的H13钢块体,研究了沉积块体的表面质量、显微组织和力学性能。结果表明:H13钢块体表面无宏观裂纹;块体主体区组织为晶粒取向均匀的针状马氏体,搭接区组织由晶粒取向杂乱的针状马氏体和不规则铁素体组成;块体主体区的平均显微硬度为479HV,远高于退火态H13钢的(254HV),而搭接区因存在铁素体,其硬度明显降低,平均值仅为381HV;冷金属过渡电弧增材制造H13钢块体的整体拉伸性能优于退火态H13钢的。     

热丝辅助电弧增材Al-Cu-Mg-Ag耐热铝合金组织与性能研究

电弧增材制造技术可以缩短生产周期,降低成本,实现铝合金的快速成形,但存在结构内部含有较多气孔及晶粒粗大的问题。热丝辅助电弧增材制造(HWAAM)可以有效降低气孔率和细化晶粒,进一步提高电弧增材制造Al-Cu-Mg-Ag合金的性能。采用热丝电弧增材制造技术制备了Al-Cu-Mg-Ag耐热铝合金,利用拉伸试验、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等实验方法,研究了电弧增材制造Al-Cu-Mg-Ag铝合金的气孔缺陷、显微组织和力学性能。结果表明,与冷丝成形合金相比,热丝辅助电弧增材制造Al-Cu-Mg-Ag合金气孔率降低25%,气孔球形度增加,空间分布较为均匀;同时晶粒尺寸降低30%,晶粒形貌趋于等轴晶化。冷丝结构件抗拉强度为218 MPa,屈服强度为134 MPa,延伸率为3.2%,使用热丝电弧增材制造后,力学性能提高,其抗拉强度提升至242 MPa,屈服强度提高至148 MPa,延伸率4.2%。最后,分别采用固溶+时效和人工时效热处理工艺,进一步改善了热丝辅助成形Al-Cu-Mg-Ag合金的力学性能。固溶与时效热处理后抗拉强度达到368 MPa,延伸率下降至0.5%,时效热...     

冷金属过渡加脉冲电弧增材制造4043铝合金薄壁件的组织与拉伸性能

采用冷金属过渡加脉冲(CMT+P)电弧增材制造4043铝合金薄壁件,对比了不同工艺参数下薄壁件的成形性能,研究了成形性能良好薄壁件的组织与拉伸性能,并与CMT工艺下的进行了对比。结果表明:CMT+P工艺下,当焊接速度为8 mm·s-1和送丝速度4 m·min-1时,薄壁件的成形性能最好,且其成形效果接近CMT工艺下的; CMT+P工艺下薄壁件的单层组织由焊道上层的细晶区和焊道下层的粗晶区组成,焊道间存在穿过界面生长的粗大柱状枝晶,CMT工艺下的显微组织为分布均匀的细小柱状晶; CMT+P工艺下薄壁件的拉伸性能优于CMT工艺下的; CMT+P工艺下横向和纵向拉伸试样断裂方式均为韧性断裂,横向与纵向抗拉强度各向异性百分比仅为4%,说明薄壁件的力学性能不存在各向异性。     

CMT电弧增材制造过程传热传质数值模拟

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...     

电弧增材工艺参数对成形质量的影响

基于电弧增材逐层熔覆特性,单焊道成形质量对多层多道堆积成形具有重要影响。本文通过正交试验方法研究了TIG电弧增材技术中工艺参数对焊道余高及熔宽的影响规律,建立了焊道几何尺寸的数学模型。在此基础上进行了单道多层堆积及多道搭接实验,研究了其微观组织及显微硬度。结果表明:单层搭接时道间冷却充分,重叠部位分区明显,焊道两侧硬度大,不完全重结晶区域硬度较低;层间冷却5 s时堆积层分层不明显,顶层为片状组织,中下层大致为等轴晶组织,靠近基板的焊缝区硬度最大。     

基于Workbench的316L不锈钢增材制造温度场数值模拟研究

利用Workbench有限元分析软件，采用生死单元与移动热源结合的方法对电弧增材过程温度场进行研究，实现了不同工艺参数下增材制造过程温度场数值模型的建立与求解。结果表明：固定输入条件下成形件多层累积增材过程中热量积累效应逐层增强；相同热输入下，增材第1层至第10层，增材过程中焊道中点温度由2 354.9℃升高到2 879.7℃；控制层间冷却时间、改变逐层热输入均可减少热量的累积，通过控制层间冷却时间使得层间温度低于600℃，同时改变逐层热输入参数使增材过程最高温度降低了约10%。     

石化容器用2.25Cr-1Mo-0.25V钢的CMT电弧熔丝增材制造工艺及组织性能研究

为探索大型石化筒体根部止口的制造新工艺,采用新研发的2.25Cr-1Mo-0.25V合金丝材,使用CMT电弧熔丝增材制造技术首次堆积2.25Cr-1Mo-0.25V直壁墙,探索增材后的最佳热处理工艺,以改善沉积态显微组织与力学性能。实验发现：增材成形的直壁件内部微观组织主要为板条贝氏体、粒状贝氏体和部分马氏体,堆积方向组织差异明显,显微硬度浮动剧烈,拉伸强度远高于母材,但断裂延伸率较低。对增材后的直壁件施加“消氢处理+去应力处理”和“模拟最小焊后热处理”,发现后者能将其塑性提升至与母材相当。根据显微组织分析,经过“最小焊后热处理”,沉积态的板条贝氏体和部分马氏体可转变成均匀分布的粒状贝氏体,组织间的各向异性显著降低。实验证明,应用新研发的2.25Cr-1Mo-0.25V丝材在最佳的CMT电弧熔丝增材工艺参数下成形直壁件并结合“最小焊后热处理”能够最大程度地改善显微组织和力学性能,最终满足石化容器筒体根部止口的服役指标。相比浇铸-锻造成形止口的工艺,开发的CMT电弧熔丝增材新工艺有望大幅节约生产成本,提高制造效率。     

电弧熔丝增材制造460 MPa级建筑钢十向节点用药芯丝材的开发及应用

基于Q460钢的名义成分设计了电弧熔丝增材制造建筑钢十向节点专用药芯丝材的成分,制备了药芯丝材并研究了其工艺性能;利用该药芯丝材,采用电弧熔丝增材制造技术制备建筑钢十向节点,研究了其尺寸精度、组织和力学性能。结果表明:试验制备药芯丝材在电弧熔丝增材制造过程中的电弧稳定、飞溅小,堆积金属无裂纹、气孔等缺陷;采用该药芯丝材电弧熔丝增材制造建筑钢十向节点的成形精度符合要求,组织主要由细小铁素体和少量珠光体组成,其拉伸性能、室温和-40℃冲击性能均满足传统Q460钢十向节点的力学性能要求。     

搅拌摩擦加工次数对AZ91D镁合金组织的影响

研究了搅拌摩擦加工(FSP)次数对AZ91D镁合金组织的影响.结果表明:加工次数对搅拌摩擦区晶粒大小影响不大;但加工次数多可增加搅拌摩擦区组织的面积,并使组织均匀化;使热机械影响区组织向搅拌摩擦区组织发生转变;增大轴肩下压区细晶组织面积,进一步细化轴肩下压区的晶粒.     

GH4099高温合金电弧增材制造工艺研究

研究了GH4099高温合金电弧增材制造材料的显微组织及力学性能,结果表明:GH4099高温合金电弧增材制造过程中材料流动性较差,需采用He气进行保护才能满足成形需求;电弧增材制造组织呈现出较为明显的各向异性,其中垂直于增材方向呈现出连续的列状枝晶,而平行于增材方向则呈现出等轴晶组织,在等轴晶内部存在着树枝晶亚结构,大量γ′强化相及MC碳化物弥散分布在等轴晶晶界和晶粒内部;经常温与900℃高温力学测试,GH4099高温合金电弧增材制造材料抗拉强度和常温断后延伸率均满足GB/T 14996—2010《高温合金冷轧板》标准要求,但900℃高温断后延伸率低于标准要求。     

CMT电弧增材制造过程电弧特性对熔滴过渡行为的影响机理研究

冷金属过渡(CMT)电弧增材制造技术具有沉积效率高、制造成本低等优势，在航空用大尺寸构件的快速成型领域应用前景广阔。对于电弧增材制造大型构件需采用大电流来进一步提高沉积效率，但在此高电流模式下电弧放电过程对熔滴过渡行为的影响机理尚不明确。因此，本研究采用高速摄像仪观察了电弧增材制造过程中电弧形态及熔滴过渡行为，同时通过建立电弧模型及熔滴过渡模型，分析了在不同电流波段及工艺参数下熔滴过渡频率及熔滴尺寸变化规律，最终揭示了电弧放电过程中电流密度、洛伦兹力等物理因素对熔滴过渡的作用机理。结果表明，电弧宽度与洛伦兹力决定熔滴在电弧放电过程中的受力大小，进而决定熔滴尺寸及其过渡频率。随着送丝速度从5.5 m/min增大至7.0 m/min时，电流峰值持续时间增加了1倍左右，同时电弧宽度与电流密度的随之增加，使得熔滴过渡过程中电磁力上升，熔滴尺寸下降14%且射滴过渡频率增加了3～4倍。当瞬时电流进入熄弧阶段时，熔滴过渡形式转变为短路过渡。随着送丝速度的增加，短路过渡频率从29 Hz减少至20 Hz。     

摩擦搅拌增材制造发展概述

针对目前国内外增材制造技术做了归纳与总结,重点分析研究了摩擦搅拌增材制造(Friction Stir Additive Manufacturing,FSAM)技术在国外研究的发展状况。FSAM最早在美国提出,并在美国掀起研究热潮。FSAM可以分为两大类,即:损耗型搅拌针的FSAM和非损耗型搅拌针的FSAM;又根据制造过程的工艺特点分为3种典型模式,即:损耗沉积模式、以板材为进料模式及以粉末为进料模式。这些不同模式的FSAM在美国和印度取得了突破性进展,为摩擦搅拌增材制造的产业化发展奠定了基础。同时,国内也成功实现了颗粒料的增材制造,且成型件有较好的机械性能。最后,给出了FSAM技术的发展趋势和应重点关注的内容。     

线性摩擦焊AA5083铝合金/T2纯铜异质接头特征研究

对AA5083铝合金/T2纯铜进行不同焊接压力下的线性摩擦焊试验,结果表明:焊接过程主要以铝合金的压缩变形为主,T2变形量较小。焊缝处界限分明,两侧晶粒均明显细化,铝侧细化程度更高且金属流线消失。焊缝界面可观察到明显的孔洞缺陷,且随摩擦压力的增大孔洞逐渐减小直到消失。接头拉伸强度达到T2母材的50%,接头伸长率很低,拉伸断裂均发生在焊缝区,断裂形式均为脆性断裂。微区成分分析可知,Al/Cu界面处存在厚度大约为2μm扩散层;界面附近Al侧出现以Cu粒子与金属间化合物弥散的机械混合组织,厚度在100~500μm浮动。接头强度较低的主要原因是存在界面孔洞缺陷及金属间化合物混合组织。