丝束同轴冷阴极电子枪电子束注腰位置影响因素分析

丝束同轴电子束熔丝增材制造(C-EBAM)大部分能量作用于丝材可以避免轴侧送丝模式对成形质量所造成的不利影响,为了进一步提高C-EBAM的成形精度和成形效率,优化电子束流品质,开展了丝束同轴冷阴极电子枪电子束注腰位置影响因素分析的工作。针对C-EBAM电子枪束源等离子阳极透镜结构表征困难,在理论分析电子束注腰空间位置参数的基础上,采用数值模拟与试验分析相结合的方法,研究了阴-阳极电极结构、工作电压、放电气体类型以及气体压力等对束流注腰位置特征参数的影响规律。数值模拟结果表明,阴极球面半径与阳极倾角对束流起静电汇聚能力影响着注腰处电流密度,表现为先增大后减小趋势。试验分析表明,工作电压、放电气体类型以及气体压力影响等离子体电离度与粒子运动速度,改变了注腰空间位置特征参数,即随着工作电压、气体流量增加,电子枪下端面至注腰轴向中心距离、注腰长度分别增大。     

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。     

TiAl基合金的增材制造技术研究进展

TiAl基合金是一种新型的轻质高温结构材料,在航空、航天领域具有很好的应用前景.增材制造技术作为一项先进的快速近净成形技术,非常适合用于具有复杂结构、高精度要求的发动机高温结构件的制造.在分析相关文献的基础上,评述了国内外TiAl基合金增材制造技术主要研究进展,包括激光熔化沉积、激光选区熔化、电子束选区熔化和电弧熔丝等增材制造方法的原理、优势和最新进展情况,以及TiAl基复合材料和有关梯度材料的研究现状,分析了现阶段TiAl基合金增材制造技术的不足,并在增材制造用TiAl基合金成分设计、工艺优化与组织性能改善、新型TiAl基材料开发和复合增材制造技术探索等方面提出了展望.     

基于视觉信息融合的熔丝成形制造路径在线识别

在能源装备制造领域大型构件多层多道电弧焊接和航空制造领域重要构件电子束熔丝沉积增材制造过程中,迫切需要路径在线识别及实时自动导引技术。然而在熔丝制造过程中,相邻焊道之间的几何差异很小,传统的结构光焊缝识别技术无法适应。为解决该问题,针对多层多道电弧焊和电子束熔丝沉积增材制造两种场景,分别设计基于双侧定向光影与结构光信息融合的视觉检测装置,并进行成形试验。试验结果表明,将双侧定向光源单独点亮时获得的焊缝灰度图像作差时,焊道边界附近呈现明显的"高灰度-低灰度-高灰度"的过渡区域。时域融合处理可以有效消除弧光、飞溅的干扰。提出的定向光影视觉信息与结构光传感信息实时融合处理方法,较之已有基于线结构光信息的焊道识别和自动跟踪系统在某些场合具有更强适应性,为保证成形质量和提高生产效率提供了新的技术途径。     

基于DSP控制的高频链逆变电源的设计

分析了一种半桥双向电流源高频链逆变主电路的拓扑结构和工作原理，详细介绍了基于DSP的控制系统设计。控制系统采用瞬时电压单闭环控制策略，以提高高频链逆变电源的动静态特性。该逆变电源只需一级功率变换即可实现直流到交流的转换，其继承了全桥高频链逆变器的优点的同时，使用的功率管更少，同时降低了驱动电路的成本。实验结果表明：此逆变器电路输出外特性平直，变换效率高，体积小，成本低，具有良好的应用前景。     

金属增材制造工艺与展望

针对基于逐层堆积的材料叠加增材制造技术在国防、汽车工业、航空航天、医疗、商业机器和工业等领域的应用,文中介绍了激光和电子束作为高能束流的金属增材制造技术、金属增材制造粉末材料的制备技术、金属增材制造质量工艺控制,对金属增材制造技术进行了展望。     

[工程应用]纤维增强树脂基复合材料增材制造技术与装备研究

在综述纤维增强树脂基复合材料增材制造技术的国内外研究现状基础上，分析了短纤维、长纤维、连续纤维增强树脂基复合材料的成形方法、工艺及性能。针对高性能的连续纤维增强树脂基复合材料的增材制造成形，研究了连续纤维增材制造成形机理及工艺，揭示了其成形性能的影响规律。指出了纤维增强树脂基复合材料增材制造技术与装备的未来发展趋势：亟需开展纤维增强复合材料的增材制造成形机理、成形工艺及装备研究，更好地推进纤维增强树脂基复合材料的广泛应用。     

激光熔丝增材制造丝材过渡状态的电磁振动监测方法

提出一种在线监测激光熔丝增材制造中微细丝材(1~2 mm)过渡状态的电磁振动监测方法,建立监测系统的数学模型并研制原型装置。通过设计试验,采用磁性以及非磁性微细丝材对监测系统的振动发生、信号采集等功能进行测试与验证,发现可获得强度显著大于环境噪声的稳定振动信号,证实了监测方法的可行性。基于该装置,开展了激光熔丝增材制造工艺中丝材过渡状态的监测试验研究。结果表明:滴状过渡时,成形中,基板接收到的振动信号低于环境噪声强度(约为-70 d B);而液桥过渡时,可获得清晰的振动信号(强度-67~-62 d B),高于环境噪声强度。综上,采用所研制的原型装置可清晰分辨滴状过渡与液桥过渡这两种典型的丝材过渡状态,能对激光熔丝增材制造工艺的丝材过渡状态进行有效监测。     

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。     

电弧熔丝增材制造铝合金零件中气孔的研究现状

电弧熔丝增材制造铝合金中的气孔会产生应力集中,导致初始裂纹萌生和扩展,造成力学性能变差.介绍了电弧熔丝增材制造铝合金零件中气孔缺陷形成的原因,阐述了保护气体、焊接速度、送丝速度、金属丝材、热输入、轧制和热处理等工艺条件对气孔率的影响,并对降低电弧熔丝增材制造铝合金零件中气孔率的今后研究方向进行了展望.     

交叉件GTA填丝增材制造弧压检测与成形控制

基于电弧电压与弧长的关系特征,提出GTA填丝增材制造弧压检测与成形质量控制方法,以解决交叉结构件成形稳定性差和堆积路径交叉处产生严重凸起的难题。考虑到弧压干扰的影响,采用基于小波包的防脉冲干扰滑动平均滤波方法,有效滤除原始弧压波形中的杂波信号,并保证波形的平滑性。针对复杂且时变的GTA填丝增材制造系统,设计积分分离PID控制器并整定其参数,对比研究恒规范和闭环控制试验下的交叉件成形质量。结果表明,弧压实时检测与送丝速度闭环调控策略,可有效增强交叉件GTA填丝增材制造稳定性并解决交叉点凸起难题,弧压信号检测准确,成形控制精度高。     

[制造前沿]增材制造技术——现状与未来

论述了增材制造技术的国内外发展状况，分析了我国在该技术领域面临的机遇与挑战，认为未来增材制造技术应该围绕金属成形中的强非平衡态凝固学、极端条件下增材制造新机理、梯度材料、结构的增材制造机理，以及组织工程支架活化生长和功能再创的生化、生命学原理等科学问题开展研究。建立“应用发展为先导、技术创新为驱动、产业发展为目标”的研究发展思路，以推进增材制造技术的发展，为创新型国家建设提供有力支撑。     

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%。     

纤维增强树脂基复合材料增材制造技术与装备研究

在综述纤维增强树脂基复合材料增材制造技术的国内外研究现状基础上,分析了短纤维、长纤维、连续纤维增强树脂基复合材料的成形方法、工艺及性能。针对高性能的连续纤维增强树脂基复合材料的增材制造成形,研究了连续纤维增材制造成形机理及工艺,揭示了其成形性能的影响规律。指出了纤维增强树脂基复合材料增材制造技术与装备的未来发展趋势:亟需开展纤维增强复合材料的增材制造成形机理、成形工艺及装备研究,更好地推进纤维增强树脂基复合材料的广泛应用。     

共形电子的增材制造技术

共形电子部件不但具备电磁信号收发、承载防护、选择性透波等功能,而且能够与载体平台共形,保持其空气动力学和电磁隐身性能,不但是下一代武器平台的重要标志,更是其制信息权的重要体现。此外,共形电子在健康监测、5G/6G通信、智能交通等领域也有广阔的应用前景。然而,传统的制造方法不但难以成形多层自由曲面电路,更难以实现共形电子制造过程中形状和性能的优化调控,无法满足高密度、高性能的结构功能一体化共形电子的制造需求。增材制造不但可将多层曲面电路、支撑防护结构同步成形,而且便于在成形过程中调控工艺参数、优化成形件形状和性能,是一种极具潜力的制造方式。文中综述了共形电子增材制造的研究现状,分析了典型工艺的特点和面临的技术挑战,指出控形控性的一体化喷射成形是共形电子增材制造的重要发展方向,并在此基础上论述了一体化喷射成形制造的关键科学问题、技术挑战和最新进展。     

基于增材制造的设计理论和方法研究现状

介绍了增材制造(3D打印)的概念和特点,并结合该技术的发展背景,从增材制造设计理念的形成、增材制造设计的基础晶胞单元结构研究和增材制造拓扑优化设计分析软件及应用等3个主要研究领域,详细介绍了基于增材制造的设计技术在国内外的发展现状及趋势,并结合我国航空航天产品的结构特点和发展趋势,对基于增材制造设计的研究方向提出了几点建议。     

增材制造钛合金飞机结构维修件力学性能试验研究

通过对增材制造选区激光熔化的钛合金飞机结构维修件的相关性能试验研究，全面评价其工程应用的可行性。研究对照了增材制造与传统机械加工的钛合金材料与典型结构试样以及飞机结构维修件的力学性能，结果表明，增材制造钛合金材料室温拉伸、剪切、冲击性能均很优异，与钛合金板材相比各项力学性能相对误差均在10%以内；增材制造钛合金典型结构与机械切削加工典型结构相比，静强度相对误差均在5%以内，疲劳强度最大相对误差为12.9%,钛合金增材制造典型结构与机械加工典型结构力学性能处于同一水平；钛合金增材制造飞机结构维修件与高强度钢机械加工飞机结构维修件的补强效果相当甚至略优。研究表明，增材制造钛合金结构也能满足飞机维修工程的基本要求。     

5356铝合金过渡端框电弧增材制造及组织与性能

研究电弧熔丝增材制造5356铝合金运载火箭过渡端框工艺,探讨不同热输入与热处理温度对堆积金属组织与性能的影响,增材制造了过渡端框模拟件。结果表明,5356铝合金的显微组织主要为α(Al)相基体与β(Al8Mg5)增强相。增材制造过程中的热输入从113.4 J/mm增加至356.4 J/mm时,5356铝合金中α(Al)相晶界处的粗大β(Al8Mg5)相增多,导致金属抗拉强度、延伸率均显著降低。固溶处理有利于提高5356铝合金的力学性能。固溶处理温度由350℃提高至450℃时,5356铝合金中的α(Al)相晶粒细化,其晶内的细粒状β(Al8Mg5)相增多并呈弥散分布,且α(Al)相晶界处的β(Al8Mg5)相减少,使得细晶强化与沉淀强化效果逐渐显著,5356铝合金强度及韧性提高。根据5356铝合金过渡端框的结构特点,将其划分为底部支撑圆环、环-扇形组、环-加强筋组3个区域依次增材制造。为了减少成形件的变形,改变底部支撑圆环增材制造的起弧位置,环-扇形组采用对称分块成形。对成形的5356铝合金过渡端框模拟件进行三维尺寸测量,结构误差在3.58 mm之内,具有较高的成形精度。     

激光增材制造钛合金构件的阵列超声检测方法研究

钛合金激光增材制造技术已经逐步应用于航空航天等领域中复杂构件的直接近成形制造。然而,由于特殊的制造工艺导致的高衰减性和不均匀性使其内部缺陷采用常规超声检测方法检测效率低、成像结果差,为此研究了阵列超声检测方法在增材制造钛合金构件检测中的关键技术。采用激光增材制造方法制备TC18钛合金试样,利用高频水浸超声方法分析其超声衰减特性,提出适用于增材制造钛合金构件的内部回波成像方法。基于线阵换能器全矩阵数据采集的方法分析声波沿试样不同表面入射时声波群速度随角度的变化规律,对增材制造钛合金试样的各向异性进行分析,并基于测量结果对阵列超声成像算法进行校正。分别采用线阵和环阵换能器对试样进行C扫描检测试验,分析影响检测结果的主要因素。研究结果表明,采用环阵换能器结合全聚焦算法能更精确地表征试样的内部缺陷,在增材制造钛合金构件的无损检测中有较好的应用前景。     

基于增材制造的Y形流道压力损失建模研究

增材制造技术因其能够成形复杂结构而适用于高集成轻量化的液压系统,但增材制造成形流道的壁面粗糙度与传统钻削及铸造加工的流道不同,尤其是复杂管路系统中的流道分支结构,经典压力损失计算模型无法直接使用,迫切需要研究增材制造成形流道的压力损失数学模型。因此,以典型的流道分支结构——Y形流道为研究对象,应用伯努利方程、动量定理及达西公式建立其压力损失数学模型,并得到增材制造的成形角度对流道壁面粗糙度的影响。利用仿真分析分流比、分支角度及流道直径对压力损失的影响规律,初步验证Y形流道压力损失数学模型的准确性。搭建Y形流道压力损失测试试验台,利用增材制造加工Y形流道测试件,测定不同分流比、分支角度及流道直径下的流道压力损失。结果表明,不同参数下Y形流道压力损失数学模型计算结果与仿真分析结果平均误差均在9%之内,而不同参数下Y形流道压力损失数学模型计算结果与试验测试结果平均误差均在8%之内。研究成果可为增材制造成形低损耗管路的设计奠定基础。