薄壁中空环形件的电弧增材制造工艺分析

在冷金属过渡(cold metal transfer,CMT)电弧增材制造过程中,熔池的流动行为极易受到电弧和熔滴的影响,从而严重影响堆积层的稳定性和成形件质量. 该文利用高速摄影结果及电信号参数波形图,引入热输入量计算公式,从特征电信号、熔滴过渡特征量、热输入量等方面定量分析了CMT + P模式下送丝速度及脉冲修正系数对熔滴过渡过程及单道成形形貌的影响,同时分析了脉冲变极性冷金属过渡(Advanced CMT,CMT + PA)模式下送丝速度及控制面板上的EP/EN修正系数ƞ对熔滴过渡过程及单道成形形貌的影响,为后续工艺优化提供参考和指导.

     

单道多层电弧增材制造成形控制理论分析

文中采用冷金属过渡（CMT）技术,围绕船用高强钢的电弧增材制造（WAAM）开展研究. 分析不同比例的保护气体对单道单层形貌尺寸的影响. 结果表明,单道单层的润湿铺展能力随着保护气中CO₂含量的增加而提高,并建立了能够准确预测80%Ar + 20%CO₂混合气体保护下单道单层截面轮廓的全周期余弦函数模型. 依据单道多层电弧增材的成形特点,利用面积关系并根据几何形貌建立了单道多层抬升量h的预测模型,抬升量h预测值的相对误差不超过3.50%. 通过建立抬升量预测模型,为单道多层的电弧增材成形控制提供了理论支撑.     

铝合金CMT技术增材制造研究进展

铝合金作为一种加工性能优良、导热性好且质量轻的金属材料,在工业领域应用广泛。冷金属过渡焊接技术(CMT)作为一种低热量输入、无飞溅的焊接技术,非常适合铝合金的增材制造,铝合金CMT技术已成为增材制造技术的研究热点。通过综述近年来国内外学者在铝合金CMT技术焊道成形、组织性能、气孔缺陷方面的研究成果,展望了未来CMT技术的发展方向。     

304不锈钢冷金属过渡电弧增材制造组织及力学性能

开展了不同填充速度的不锈钢冷金属过渡电弧增材制造试验,实施了构件不同位置的拉伸试验并且分析了断口形貌,探讨了构件微观组织特征。 结果表明,冷金属过渡电弧增材制造是一种可行的金属增材制造工艺;由于构件在垂直方向的微观组织不均匀,水平拉伸的屈服强度和抗拉强度均高于垂直拉伸;随着送丝速度增加,扫描的热输入增加,熔化区的二次枝晶间距变大,抗拉强度降低。     

基于电弧增材制造的截面扫描轨迹规划

采用CMT焊接工艺进行了电弧增材制造,研究了不同扫描轨迹对薄板焊后变形程度的影响. 通过运用空间最小二乘法模型,建立了S值判别法,表征了试板变形程度. 通过比较不同扫描轨迹下的S值,获得薄板最小变形程度所对应的轨迹特征,从而总结轨迹特征,得到电弧增材制造过程中截面扫描轨迹规划的原则,并成功地将轨迹设计原则应用到实体零件增材制造的过程中,获得了良好的成形效果及致密实体,为不同截面上扫描轨迹的设计提供了试验基础.     

不同层间停留时间下电弧增材制造2Cr13薄壁件热力学行为

在电弧增材制造过程中,沉积件内部的热-力演变对成形件质量具有重要影响. 文中通过电弧增材制造三维有限元模型的建立,对层间停留时间分别为30,120,210,300 s的2Cr13沉积件温度场和应力场进行了模拟,模拟结果与测量结果基本一致. 结果表明,层间停留时间为30 s时构件的纵向残余应力分布显著差异于其它构件. 层间停留时间大于210 s时,再延长层间停留时间起不到明显降低应力的效果.电弧增材制造单道25层2Cr13薄壁件的层间停留时间在120~210 s之间较为合适.     

CMT工艺对Al-Cu合金电弧增材制造气孔的影响

分析不同纯氩保护气体流量和冷金属过渡(CMT)工艺方法对Al-Cu合金电弧填丝增材制造(WAAM)气孔的影响规律。结果表明:纯氩保护气体流量和CMT工艺方法对Al-Cu合金WAAM制造过程的气孔特征均具有重要影响。提高纯氩保护气体流量有助于减少气孔;CMT-PADV工艺因其热输入低及电弧对Al-Cu合金填充丝端部表面氧化膜的高效清理而有利于减少甚至消除气孔,提高纯氩保护气体流量至25 L/min时可消除气孔。     

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。     

钛/铝异种金属冷金属过渡增材制造

采用TC4和ER2319焊丝直流/变极性冷金属过渡实现异种金属电弧增材制造,通过金相显微镜、扫描电镜、透射电镜、能谱、硬度试验、纳米压痕以及拉伸试验等方法对钛/铝构件界面组织特征与力学性能进行分析.结果表明,在钛合金表面堆积铝合金时,只有少量的钛合金熔化,钛原子扩散到液态铝合金中,形成不同长度的TiAl₃金属间化合物.10 μm左右的反应层在钛/铝界面形成.邻近钛侧的反应层均匀连续,靠近铝合金一侧的反应层呈现长条状或块状.界面反应层的显微硬度介于钛合金和铝合金显微硬度之间.构件的最高抗拉强度为111 MPa.     

基于温度函数法的铝合金电弧增材制造残余应力与变形数值模拟

针对TIG电弧增材制造5356铝合金试样不同区域微观组织及性能变化开展研究. 结果表明,试样结合层与沉积层水平交替呈现,底部区域沉积层宽度最大(~ 2.4 mm),中间稳定区最小(~ 1.6 mm);沉积层组织均以等轴晶为主,在灰色基体上弥散分布黑色β-Al₃Mg₂第二相,并伴有少量Mg₂Si和(FeMn)Al₆金属间化合物,结合层存在大量气孔及缩孔等缺陷;底部区域沉积层晶粒尺度最小,而结合层缺陷最多.不同区域水平方向强塑性无明显差异(相似文献   

基于BP神经网络的电弧熔丝增材制造数据库系统

通过对电弧熔丝增材制造(Wire and arc additive manufacturing,WAAM)单道焊缝试验数据的分类整理,分析用户需求和使用需要,基于python编程语言下的Django框架,采用B/S架构开发了一个电弧熔丝增材制造数据库系统。试验结果表明,该系统采用数据库与算法预测模型结合的方式开发而成,主要设置了用户权限管理、基本打印数据和焊缝形貌预测三大模块,具有存储扩展打印试验数据功能和预测未知工艺参数下焊缝形貌的功能。不同的打印工艺方法引入不同的BP神经网络结构,使用时数据库系统自动读取库内已有的算法模型或根据已有的试验数据训练新的模型,之后录入试验数据会自动对模型重新训练,实现随数据库内试验数据扩展或修正自动适应的参数预测,能够预测未知工艺参数下的焊缝形貌尺寸。最后,基于MIG工艺设计了1组验证试验对数据库的预测功能效果进行检验,熔宽预测误差为1.3%,余高预测误差为1.5%,说明了数据库系统预测功能的可行性。创新点： 将传统数据库的数据分类存储功能与预测算法相结合,充分发挥了已有试验数据的价值,并且集成了不同试验材料、焊接工艺方法等数据构建算法模型,实现了多种试验条件、焊接工艺方法下的焊接工艺参数预测功能。     

CMT电弧增材制造316L不锈钢成形精度与组织性能分析

针对电弧增材制造成形问题,提出基于三维表面粗糙度参数的零件表面质量评价方法. 以高氮钢为例,采用CMT工艺进行多道搭接试验,通过三维扫描设备提取零件表面信息,计算表面轮廓均方根偏差S_q和轮廓偏斜度S_sk,对比计算所得数据与实际表面成形情况,并利用所提出的方法研究了增材制造过程中电弧摆宽对多道搭接表面质量的影响. 结果表明,此评价方法所得数据规律与实际成形情况基本吻合,具有较好的适应性和科学性. 根据数值S_q和S_sk大小可将成形表面质量由优到差分为A,B,C,D 4个等级. 电弧增材制造的热输入和电弧摆宽对成形表面质量影响较大. 在热输入较大时,电弧摆宽为15和10 mm时,熔敷焊道余高小、宽高比大,搭接成形更好.     

异种钛合金协同送丝等离子增材制造试验

采用双丝协同等离子增材系统实现了TC4-TA2异种钛合金的增材成形,期望制备的增材构件具有良好的沉积形貌及优异的力学性能. 采用了体视显微镜、扫描电镜、EDS、XRD、拉伸及硬度等测试方法分析其组织及性能. 结果表明,增材构件中存在两种微观组织形态,即分布在沉积层交界处的α相集束组织和分布在沉积层中心的α + β相片层组织. 构件在竖直和水平方向上的抗拉强度分别为998和1 037 MPa,断后伸长率为9.2%和5.7%,断裂呈现为脆性解理断裂. 试验结果证明,等离子增材制造技术能够实现异种钛合金协同增材成形.     

铝合金电弧增材制造成形质量研究

基于机器人电弧填丝增材制造成形技术,进行了铝合金零件的成形表面不平整问题的分析及改善方法的试验探究。分析了CMT焊接技术的增材成形效果,以及应用在不同焊道时对成形质量产生的影响;分别探究了起弧与熄弧参数、层间轨迹方式、层间冷却时间等因素对成形质量的影响及改善方法。增材制造翼肋零件中,层间沉积中采用了焊道表面测量,再进行铣削加工的方式,作为进一步探究提高成形质量的试证。结果表明,加大起弧电流、降低熄弧电流,往复的层间轨迹方式及不同层间的冷却时间等方法可以提高零件的成形质量。     

铝合金电弧增材制造成形质量研究

基于机器人电弧填丝增材制造成形技术,进行了铝合金零件的成形表面不平整问题的分析及改善方法的试验探究。分析了CMT焊接技术的增材成形效果,以及应用在不同焊道时对成形质量产生的影响;分别探究了起弧与熄弧参数、层间轨迹方式、层间冷却时间等因素对成形质量的影响及改善方法。增材制造翼肋零件中,层间沉积中采用了焊道表面测量,再进行铣削加工的方式,作为进一步探究提高成形质量的试证。结果表明,加大起弧电流、降低熄弧电流,往复的层间轨迹方式及不同层间的冷却时间等方法可以提高零件的成形质量。     

复杂结构薄壁件电弧增材制造离线编程技术

将增材制造技术和弧焊机器人技术相结合,对复杂薄壁件进行电弧增材制造技术研究. 首先在传统的分层方法的基础上,对成形过程中高度变化的几何模型进行预测并分析,再通过机器人的离线编程与轨迹规划技术,实现成形轨迹的自动提取. 进一步利用圆弧离散局部逼近算法,对复杂薄壁件的切片截面进行微分,计算出四元数矩阵,实现焊枪位姿自动调整;并对焊接工艺进行改良,保证成形质量. 最后通过焊制部分薄壁件进行试验验证. 结果表明,薄壁件成形质量良好,预测尺寸与实际成形尺寸误差不超过1 mm.     

Multi-criteria environmental and economic impact assessment of wire arc additive manufacturing

Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) is a fusion- and wire-based additive manufacturing technology which has gained industrial interest for the production of medium-to-large components with high material deposition rates. However, in-depth studies on performance indicators that incorporate economic and environmental sustainability still have to be carried out. The first aim of the paper has been to quantify the performance metrics of WAAM-based manufacturing approaches, while varying the size and the deposited material of the component. The second aim has been to propose a multi-criteria decision-analysis mapping to compare the combined impacts of products manufactured by means of the WAAM-based approach and machining.     

基于开源切片路径规划的机器人电弧增材制造系统

为提高电弧增材制造的灵活性和路径规划可靠性,使用ABB IRB1410工业机器人和Fronius CMT TPS3200焊接电源,通过Python自主编程利用开源切片软件Cura,成功搭建了电弧增材制造系统,自主开发了电弧增材制造软件,并进行了4043铝合金电弧增材成形.结果 表明,自主开发的电弧增材软件能够读取开源切...     

基于开源切片路径规划的机器人电弧增材制造系统

在实际生产的过程中,应用电弧增材制造技术对失效模具进行修复时,会在边缘部位出现缺肉、凹陷、过堆积等成形不良的问题,从而导致熔覆层各处厚度不一、起伏较大,对实际的增材制造结果造成精度上的较大误差. 为了减少上述缺陷,提出了一种变层厚分层切片算法,主要包括模型前处理、焊接参数的确定、对模型实际切片厚度的修正,并完成最终的增材制造过程. 变层厚分层切片算法通过调节熔覆过程中的搭接率从而实现对成形件层厚变化的精准把握,提高成形精度的同时,还可以减少缺肉、凹陷、过堆积等缺陷. 通过选取不同的模型对其进行变层厚分层切片以及对应的路径规划,验证了算法的适用性. 最后,采用变层厚分层切片算法对棱台结构模型进行处理,并进行熔覆试验. 结果表明,理论计算得到的填充路径可以对当前分层面实现完全填充,实际的熔覆高度和平面尺寸与理论计算值相差较小,在热积累较小的时候,成形精度可以达到工业要求.