熔焊与金属增材制造过程红外检测与质量控制研究进展

金属增材制造以高效、无模具、自由制造等优点,在汽车、舰船、航空航天与电力核能等领域得到了广泛应用,从而推动我国制造行业的新一轮革命。在增材制造巨大应用潜力下,熔焊技术已与金属增材制造工艺产生了深度融合。然而,受限于熔焊与金属增材制造中高温、强弧光的制造环境,不同于传统减材制造的缺陷特点,对制造/成形过程的控形控性提出了严峻挑战。文中综述了熔焊与金属增材制造过程中的缺陷类型以及红外检测技术在过程检测和质量控制方面的应用现状,并对其面临的挑战与发展趋势进行展望。     

铝合金电弧增材制造技术研究进展

增材制造技术是制造业信息化、数字化、智能化的重要组成内容,而电弧增材技术在铝合金成形中具有较好的应用优势。从金属增材制造技术分类、发展历程、标准规范、技术原理等方面,对比分析了不同增材制造技术的优势与局限。特别介绍了以冷金属过渡技术为代表的电弧增材技术,讨论了电弧增材技术的自身优势与局限性,及其应用于铝合金结构件一体化制造的优势。从成形工艺、气孔缺陷、强韧化技术等多方面综述了国内外铝合金电弧增材技术的研究发展,介绍了目前国内外在铝合金电弧增材制造方向的研究工作以及遇到的主要问题,重点分析了铝合金电弧增材制造样品强韧化方法与效果,介绍了国内外的相关优秀案例。最后总结了未来铝合金电弧增材制造技术需要着重解决的问题与方向,包括原材料质量问题、几何精度问题、气孔、热裂纹和残余应力问题、组织和力学性能问题。     

大型金属零件电弧熔丝增材及其复合制造技术研究进展

大型金属零件广泛应用于航空航天、能源、国防等领域中的关键承力结构,多采用铸造或者锻造工艺成形制造。电弧熔丝增材及其复合制造技术是近二十年来迅速发展起来的一种快速近净成形制造技术,具有高效低成本的显著优势,是大型金属零件成形制造中热点研究方向。本文总结概述了近年来大型金属零件电弧熔丝增材制造工艺的应用与研究,指出了金属材料电弧熔丝增材制造中广泛存在的控形控性难题,介绍了多种结合传统塑性成形工艺的电弧熔丝增材复合制造技术及其控形控性方法,最后对大型金属零件电弧熔丝增材及其复合制造技术的发展进行了总结与展望。     

电子束选区熔化成形工艺与组织模拟

电子束选区熔化作为一种新型金属增材制造工艺具有能量利用率高、成形效率高、材料适应性广等优点,适用于钛合金、钛铝合金、高温合金等材料的成形加工,在航空航天、生物医疗等领域具有广泛应用前景.介绍了电子束选区熔化的技术原理,总结近年来国内外该技术的装备发展、工艺研究、材料开发及工艺仿真的研究现状与进展,并展望未来发展方向.     

Al-Cu-Mg合金电弧增材制造技术研究

受限于铝合金商业丝材的种类,目前铝合金电弧增材制造技术研究主要集中于二元铝合金方面。本研究团队采用双丝电弧增材制造工艺,获得了不同合金组分的三元Al-Cu-Mg铝合金构件,并针对其成形、组织及力学性能等方面进行研究。结果表明:通过合理控制过程工艺参数,可获得良好构件成形;通过控制合金元素组分,可以实现对构件力学性能的有效调控;热处理工艺可以进一步提高构件的力学性能,为深入研究多元铝合金电弧增材制造奠定了基础。     

电弧增材制造控形改性技术研究进展

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。     

高强铝合金增材制造技术的研究进展

增材制造技术是实现高端航空航天产品功能优化设计及轻量化制造的重要途径。高强铝合金作为航空航天业使用最广泛的金属材料,其增材制造结构应用潜力巨大。高强铝合金对激光吸收率低、热导率高、易氧化,含大量易烧损合金元素,而且有很强的热裂倾向,成形难度极大,目前其增材制造成形技术远落后于其他合金材料,已成为各国竞相发展的科研领域。根据近年高强铝合金增材制造技术方面的主要研究进展,结合国内外激光选区熔化成形(Selective Laser Melting, SLM)和电弧熔丝增材制造成形(Wire Arc Additive Manufacturing, WAAM)的研究现状,综述了高强铝合金增材制造技术的发展趋势及存在的主要问题。     

低热输入高效成形电弧增材制造研究进展及展望

电弧增材制造作为金属增材制造技术的一个重要分支，以电弧为载能束采用逐层堆积的方式制造金属构件，因其制造成本低、成形效率高、材料利用率高等优势，在航空航天、国防领域具有广阔的应用前景。沉积层热输入与丝材熔化效率的解耦控制是推进电弧增材制造技术高效、高质量发展与应用必须解决的关键科学与技术难题。分析了热输入与成形效率强耦合的主要原因，重点阐述现有的高效成形方法、热积累控制方法、低热输入热源的研究进展与不足，指出了未来电弧增材制造低热输入高效成形的主要发展方向。     

大型金属构件增材制造技术在航空航天制造中的应用及其发展趋势

增材制造是一种具有极大潜力的先进制造技术,适合应用于要求轻质高强的航空航天制造领域。对不同种类增材制造的原理及其特点进行简单阐述,介绍了增材制造在成形装备、成形组织与性能调控、拓扑设计和优化、成形过程模拟仿真、热源规划控制软件、在线检测与控制、残余应力与裂纹气孔控制、辅助制造措施等关键技术方向的研究现状,列举大型复杂金属构件的增材制造应用实例,探讨大型金属构件增材制造技术应用于航空航天制造存在的问题与发展趋势。     

激光增材制造AlSi10Mg合金的力学性能研究进展

增材制造是近几十年发展起来的一种先进金属件近净成形技术,具有低能耗、短周期、高柔性、低成本等显著优势,已成为先进装备领域的前沿制造技术之一. 与传统铸造相比,增材铝合金具有相当甚至更优的力学性能. 然而,相关质量评估标准缺乏和疲劳性能分散性较大等问题限制了其在重大工程装备中的应用. 重点以选区激光熔化成形的AlSi10Mg合金为对象,从“制造工艺—仿真模拟—性能评价”角度,系统分析了增材制造工艺参数、建造方向和热处理制度等几个重要因素对铝合金微观结构及力学性能的影响,总结了增材热力学过程模拟与力学性能的相关仿真研究现状,重点探讨了目前增材制造铝合金力学性能评价的国内外进展,并进一步归纳了基于组分调控提升铝合金力学性能的相关研究结果,最后对其发展趋势进行了展望.     

电弧增减材复合制造精度控制研究进展

电弧增减材复合制造技术是一种将产品设计、软件控制以及增材制造与减材制造相结合的新兴技术。丝材电弧增材制造(WAAM),因其在金属增材制造中具有制备成本低、沉积效率高、材料利用率高等优势而备受推崇;又因其热输入高、成型精度相对较低而存在一定局限性。因此,亟待研发既能保证成形效率,又可以精确控制传热、传质、传力的增材复合制造技术。电弧增减材复合制造对于大型框架构件上肋板或类似薄壁墙体、筋板等构件的加工十分适合,可以实现降低制造成本和提高生产效率的目的。除增材制造精度和应力控制等问题外,增材后控形减材制造的切削问题不同于传统的去除加工,也受增材沉积表面不均匀性、增材余热和残余应力等因素影响。为解决上述问题,近年来为实现高速高效成形、精确控形控性的多种增减材复合制造方法不断涌现。本文对目前增材制造成形误差、增材后应力变形控制,以及增材后减材切削加工的相关研究进行综述,旨在探索金属构件增材复合带温减材制造的可行性,寻求合理利用增材余热,在保证最佳加工精度的前提下追求较小残余应力、良好材料微观性能和较高生产率的新型制造工艺。     

金属激光增材制造材料设计研究进展

激光增材制造被公认为是解决个性化、复杂化金属构件整体成形难题的有效技术手段。现有金属增材制造的研究主要从传统合金牌号出发,但基于平衡凝固过程设计的传统合金成分难以满足增材制造的非平衡冶金动力学特点,往往面临高裂纹敏感性、低韧低疲劳、各向异性等共性问题。因此,需要开展面向激光增材制造的新型材料成分设计研究,充分挖掘增材制造非平衡凝固特性的潜在优势与价值。本文综述了铝合金、钛合金、铁基合金、镁合金等不同材料现有合金牌号增材制造的技术瓶颈,以及面向增材制造的材料创新设计方法与新型合金及其复合材料发展的研究进展。最后提出了金属增材制造材料设计的未来发展趋势。     

航空零部件的金属增材制造光整加工技术研究进展

增材制造具有无需模具直接制造、材料利用率高,且对于结构复杂程度不受限制等优点,广泛应用于复杂化、轻量化的航空金属零部件一体化制造。但由于增材制造成形的零部件存在较高的表面粗糙度、复杂的残余应力分布以及难以消除的孔隙缺陷,严重制约了其在工业上的大规模应用。针对高使役性能航空零部件存在的表面完整性问题,概述了金属增材制造的原理及特点,总结了金属增材制造技术在航空领域的国内外应用现状,分析了金属增材制造零部件在批量生产与实际应用过程中所面临的困难与挑战。从加工机理、加工效果、应用范围等角度,重点阐述了化学、电化学、磨粒流、滚磨、激光等光整加工技术在航空金属增材制造领域的加工适应性,并对比分析了不同光整加工技术的优缺点,探讨了多种组合技术的多能场耦合协同效应,研究内容涵盖钛合金、不锈钢、铝合金、铜合金等材料,涉及管类、格栅、点阵、薄壁、曲面、复杂型腔等零部件结构特征。最后,针对航空金属增材制造光整加工领域的未来研究方向及关键技术作出思考与展望。     

稀土在金属增材制造中的应用

增材制造为复杂结构金属材料制备及其组织、性能调控提供了全新的可能。在原材料中添加稀土是改善金属增材制造显微组织和性能的可行方法。本文总结了近期关于稀土在金属增材制造的研究工作,在简要介绍增材制造工艺及组织特征的基础上,着重对稀土在其中的作用进行了综述。本文同时讨论了目前稀土在金属增材制造中应用需要明确的几个关键基础问题。通过合理的稀土添加及对应的工艺调整,除了能够优化增材制造金属材料的显微组织和性能,还可能进一步拓展增材制造可加工材料体系的范围。     

基于CMT的钛合金电弧增材制造技术研究现状与展望

钛合金高强度、高耐热的特性决定了其在航空航天、船舶制造等领域的广泛应用,但由于钛合金的难加工性,使得传统锻造+机加的方式模具损耗严重、制造周期长。增材制造作为一种制造成本低、成形效率高的绿色化制造工艺,凭借其无需模具、直接成形的优势在钛合金制造领域受到国内外学者的广泛关注。电弧增材制造技术相较于其他增材工艺(如激光增材制造、电子束增材制造等)沉积效率更高,不受零件尺寸的限制,在大型和超大型结构件的制造中具有突出优势,其中基于冷金属过渡(Cold metal transfer,CMT)的电弧增材制造技术由于沉积过程更稳定、热输入量更低,已逐渐成为钛合金增材制造领域的研究热点。文中对基于冷金属过渡的钛合金电弧增材制造技术的研究现状进行综述,介绍钛合金打印件的微观组织和力学性能特征,总结分析了成形参数对打印件微观组织与力学性能的影响规律,并概述了形核条件调控、轧制和超声冲击等辅助技术对打印件微观组织与力学性能的影响机制,最后展望了钛合金CMT电弧增材制造的未来发展趋势。     

金属增材制造研究现状与问题分析

介绍了目前金属增材制造的工艺技术状况,包括:粉末床熔融、能量直接沉积、薄片叠层制造、金属熔融三维直写、粘结剂喷射成形、液体金属挤出成形及激光+热丝复合工艺等。同时,提出并分析了金属增材制造面临的主要问题,如:制件质量缺陷,可能存在致密性不高、精度较低和粗糙度值较大、产生变形和裂纹等问题,在工艺过程中可能出现球化等造成工艺不稳定的问题;效率太低,成形一个零件动辄需要十小时以上;成本太高,原材料比铸造、锻压所用的原材料价格高出10倍以上,机器设备目前还很贵,成形效率低也导致成本升高。因此,必须研发全新的金属增材制造工艺,才能更好地推广应用金属增材制造技术。     

增材制造金属零件抛光加工技术研究进展

金属增材制造在航空航天、医用植入等领域有良好的应用前景,但成型表面质量差,未经后处理加工无法满足高使役性要求,抛光加工是高性能金属增材制造技术链中的关键环节。概述了增材制造金属零件应用现状和生长过程固有的阶梯效应、球化效应、粉末粘附等特性,以及成型表面高粗糙度等形貌特征。在此基础上,重点综述了增材制造金属零件抛光加工中应用较广的电化学、激光、磨料流三种抛光技术的研究进展,以不同制造工艺、不同金属粉末材质、不同结构形式(多孔结构、高长径比流道等)的增材制造样件为主线,通过表面粗糙度、材料去除、表层残余应力、廓形精度保持性等技术指标,对增材制造金属零件抛光加工研究成果进行了归纳总结。最后展望了增材制造金属零件抛光技术的发展方向。     

微束电弧选区熔化金属增材制造方法

结合粉床铺粉和微束电弧技术,提出了一种新的微束电弧选区熔化金属增材技术,在成形精度方面与其他电弧增材制造方法相比有一定的优势。在介绍该熔化工艺与成形装置的基础上,通过实验研究了主要成形参数对成形质量的影响规律,最后用优选的工艺参数成形出简单的金属样件。     

丝材电弧增材制造技术研究现状及展望

丝材电弧增材制造技术因其成形速度快、成形件尺寸灵活等优点受到越来越多的关注,尤其是大尺寸、复杂形状构件的高效快速成形,丝材电弧增材制造有着其独特的优势。介绍了丝材电弧增材制造技术的工艺过程,从丝材电弧增材制造成形件的成形工艺及表面质量研究、成形件组织性能研究以及成形件残余应力研究三个方面综述国内外丝材电弧增材制造技术的研究现状,总结该技术现阶段在航空航天领域的应用情况,指出研究人员对丝材电弧增材制造技术的相关研究工作聚焦于工艺优化和过程控制两个方向,怎样才能通过熔滴的平稳过渡获得高质量的成形件,如何有效控制逐层堆积过程中晶粒及显微组织变化,以抑制零件内部不良组织的产生是需要继续研究的问题。     

多系列铝合金电弧增材制造技术研究进展

电弧增材制造技术适用于铝合金大型复杂构件的一体化成形制造，当前国内外学者已针对不同系列的铝合金进行了大量研究。梳理了近年来铝合金电弧增材制造技术的相关研究，总结了针对Al-Cu、Al-Mg、Al-Si、Al-Cu-Mg、Al-Mg-Si和Al-Zn-Mg-Cu多个系列铝合金的电弧增材研究进展，包括各系列铝合金的组织性能特点、成形效果等方面的研究成果。介绍了铝合金电弧增材制造中常见的组织缺陷，如电弧增材铝合金组织中的孔洞、热裂纹等，以及采用合适的工艺参数和合金设计等解决办法。通过对不同系列铝合金的增材现状和组织缺陷的分析，为铝合金电弧增材制造技术的进一步发展提供了有益的参考。