316L不锈钢电弧增材制造工艺研究

目的 研究电弧增材制造过程中焊接速度和层间冷却时间对成形件精度和力学性能的影响。方法 使用316L不锈钢焊丝在钢板上进行20层往复式堆积试验,设置了不同的焊枪运行速度和层间冷却时间,完成了4个金属薄壁墙体的制备,对沉积样品的形貌外观、显微组织、硬度和拉伸性能进行了研究。结果 4组试样的制备过程都比较稳定,表面成形良好,层与层结合较为平滑,层间分明,无裂纹、塌陷等缺陷出现。当层间冷却时间达到一定值时,熔池凝固,样品的成形精度和高度较为稳定。单位时间内加入熔池的金属质量和热输入均随着焊接速度的增大而减小,不同焊接速度下沉积样品的层高和层宽不同。由于焊接速度增大、热输入减小,试样的硬度略微增大,拉伸性能增强。沿薄壁件的构建方向,4组试样的维氏硬度曲线呈波浪形,从每个熔合层的底部到顶部逐渐降低。结论 增材制造工艺参数对产品的成形质量、显微组织和力学性能都有影响,在保证成形过程稳定的前提下,提高焊枪堆积速度能提高产品的力学性能。     

增材制造316L不锈钢应力腐蚀研究进展

应力腐蚀开裂是不锈钢零部件失效的主要形式之一,是材料力学和腐蚀电化学交叉领域的重要研究方向。与传统工艺制备相比,增材制造技术制备的316L不锈钢内部微观组织复杂,存在增材制造工艺引起的气孔、未熔合区等固有缺陷,导致其应力腐蚀行为更为复杂。本文基于国内外关于增材制造316L不锈钢的研究实例,综述了应力腐蚀行为特征及主控机制,包括氢致开裂和阳极溶解两种应力腐蚀机理、穿晶断裂和沿晶解理两种作用形式,并归纳了孪晶、异种晶相交界处、气孔及未熔合处、元素偏析等组织结构缺陷等对增材制造316L不锈钢应力腐蚀的影响。针对电化学噪声、高分辨中子衍射、三维形貌表征等三种原位测试方法在不锈钢应力腐蚀行为研究方面的现状和技术优势进行了总结。最后提出了高温辐照等严苛环境下的应力腐蚀行为特征研究,以及裂纹尖端应力分配模型及重构准则等增材制造不锈钢应力腐蚀未来的研究方向。     

工艺参数对机器人电弧增材制造成形的影响研究

目的 提高电弧增材制造质量,获得更好的参数匹配。方法 研究机器人焊接速度和层间冷却时间变化对增材件形貌、熔宽、余高的影响规律。选取焊接速度为30 cm/min和40 cm/min,层间冷却时间为30 s和40 s,进行两变量两个水平的全面实验。利用机器人电弧增材制造技术在5 mm厚的316L不锈钢板上进行20层的堆积;在焊道上均匀选取6个点,测得总高、熔宽和余高数据。在此基础上,分析增材件总体形貌及熔宽、余高的变化规律。结果 发现当层间冷却时间达到一定值后,熔池已凝固且温度较低,熔宽、余高变化不大。随着焊接速度提升,熔池单位时间内熔化的金属量锐减,引起增材件熔宽、余高缩小。结论 改变焊接速度对增材件形貌的影响更为明显,层间冷却时间达到一定值后,层间温度不再发生变化,形貌变化不大。     

电弧增材制造成形工艺影响因素研究

采用Ti6321A焊丝进行电弧增材制造,研究了焊枪姿态和摆动参数等工艺因素对成形的影响。结果表明,不同的焊枪角度对增材制造焊缝堆焊成形形貌具有显著的影响,当焊枪姿态由推焊变化到拉焊时,焊缝熔宽减小,余高变高,即焊缝表面铺展能力减弱;焊缝熔深在焊枪垂直时达到最大值。焊枪摆动会使增材制造表面呈现纹路特征,纹路之间的宽度直接由摆长参数决定,摆宽对焊缝熔宽有显著影响,呈近似线性关系。     

增材制造316L不锈钢应力腐蚀研究进展EI北大核心

应力腐蚀开裂是不锈钢零部件失效的主要形式之一,是材料力学和腐蚀电化学交叉领域的重要研究方向。与传统工艺制备相比,增材制造技术制备的316L不锈钢内部微观组织复杂,存在增材制造工艺引起的气孔、未熔合区等固有缺陷,导致其应力腐蚀行为更为复杂。本文基于国内外关于增材制造316L不锈钢的研究实例,综述了应力腐蚀行为特征及主控机制,包括氢致开裂和阳极溶解两种应力腐蚀机理、穿晶断裂和沿晶解理两种作用形式,并归纳了孪晶、异种晶相交界处、气孔及未熔合处、元素偏析等组织结构缺陷等对增材制造316L不锈钢应力腐蚀的影响。针对电化学噪声、高分辨中子衍射、三维形貌表征等三种原位测试方法在不锈钢应力腐蚀行为研究方面的现状和技术优势进行了总结。最后提出了高温辐照等严苛环境下的应力腐蚀行为特征研究,以及裂纹尖端应力分配模型及重构准则等增材制造不锈钢应力腐蚀未来的研究方向。     

核电用316L不锈钢粉末增材制造研究现状

增材制造技术是一种无须模具、近净成形的先进制造工艺。不锈钢是一种在核电行业广泛应用的结构材料。实现不锈钢结构件的增材制造将进一步推动增材制造技术的发展,也可为核行业带来革命性改变。以核电用316L不锈钢为例,系统阐述了不锈钢粉末增材制造研究现状,包括粉末制备工艺现状、增材制造成形工艺现状以及成形件的组织性能研究现状。目前,增材制造用316L不锈钢粉末的制备工艺主要为雾化法,粉末的物化性能受制粉工艺参数的影响。在激光粉末床熔融增材制造技术、电子束选区熔化技术和等离子增材制造技术中,尤以激光粉末床熔融增材制造不锈钢的应用最为广泛。增材制造316L不锈钢的组织与性能存在各向异性,但各向异性可通过增材制造的后处理技术消除。目前增材制造最为常用的后处理技术为热处理。与锻造316L不锈钢相比,经热等静压处理的增材制造316L不锈钢的力学性能与辐照性能更优。目前,核用不锈钢的增材制造技术还处于起始阶段,后续应重点关注增材制造的成形机理及成形材料中子辐照性能等内容。     

金属多材料增材制造研究现状与展望

当代社会对产品的功能及性能的要求越来越高,苛刻的使役条件要求零件具有功能耦合、多环境适应的能力。金属多材料增材制造技术相比传统制造技术具备更大的优势,在航空航天、汽车工业、电力行业、生物医学等领域中均具有广阔的应用前景。研究了电子束增材制造、电弧增材制造和冷喷涂增材制造在金属多材料增材制造中的应用现状以及最新发展。重点研究了金属多材料增材制造技术在宏观成形精度、微观组织缺陷和粒子界面结合中存在的关键问题。最后,指出了金属多材料增材制造技术在材料种类、基础理论、零件复杂度、质量控制等方面的发展趋势。将为金属多材料应用于增材制造技术提供新的思路和借鉴价值。     

增材制造不锈钢的组织和性能

采用金相检验、扫描电镜分析等方法对激光融化技术制备的304及316L不锈钢进行分析。结果表明：材料的轴向结构在增材制造沉积过程中会有不同层间的热传递,其组织的均匀性受到影响;材料的区域成分没有明显偏差,不存在成分偏析及次相的析出;熔体的重力作用会使材料在纵向存在各向异性。     

5A06铝合金TIG丝材-电弧增材制造工艺

选用Φ1.2mm的5A06铝焊丝为成形材料,研究TIG丝材-电弧增材制造工艺。以TIG焊机为电源(交流模式),以四轴联动数控机床为运动机构,研究单层和多层成形时预热温度和电流对成形形貌的影响,观察成形件微观组织,并测试其力学性能。建立了单层单道基板预热温度和电弧峰值电流工艺规范带判据,以保证良好成形。结果表明:成形件的高度从第一层的3.4mm急剧下降,直到第8层后高度稳定在1.7mm。层间组织为细小的树枝晶和等轴晶;层间结合处组织最粗大,为柱状树枝晶;顶部组织最细小,由细小的树枝晶转变为等轴晶。成形件的力学性能各向同性,抗拉强度为295MPa,伸长率为36%。     

基于逆向成形的电弧增材制造表面质量评价

目的 建立一种基于逆向成形的电弧增材制造表面质量评价方法,研究工艺参数对电弧增材表面质量的影响。方法 依据最小误差原则选用合适的函数建立理想模型,逆向成形各电弧增材试样并得到提取模型,比较提取模型与理想模型的差异,定量描述电弧增材试样表面的成形质量,分析电弧增材试样中缺陷出现的原因,评估各工艺参数对电弧增材试样表面质量的影响。结果 随着工艺参数的改变,电弧增材试样的宽度减小,高度增加,试样的标准偏差值在1.95～2.15之间,均平方根值在2.4～2.9之间。工艺参数经优化后,试样的标准偏差值和均方根值分别减小到1.738和1.878。结论 送丝速度和成形速度的匹配程度对电弧增材表面质量有较大影响,实际成形中出现的非理想情况在此方法的计算结果中均可得到反映,与实际成形情况较吻合。     

立上电弧增材制造板件的成形精度影响与优化

目的 针对悬臂结构立焊位置成形质量差的问题,本研究旨在探究电弧增材制造工艺参数对悬臂结构多道搭接质量及组织的影响规律,以实现悬臂结构工艺参数的预测与优化,从而提高多道搭接焊道表面质量与内部组织性能。方法 采用响应面Box-Behnken方法,分析焊接电流、焊接电压和偏移量对焊接接头成形与性能的影响规律,建立了工艺参数与焊接接头响应指标的数学模型。结果 试验结果表明,表面平整度与焊接电压成正比,与搭接率成反比;偏移量的增加先使总高减小,然后有所增加,而焊接电流与总高成正比;偏心率与焊接电流成正比,与搭接率成反比。以平整度大、总高大、偏心率接近于1为优化目标,最佳工艺参数为电流85.4 A,电压22 V,偏移量为3 mm。与预测值相比较,实际值的平整度、总高和偏心率的误差率分别为0.48%、4.40%和1.89%。研究还探究了单道多层焊接接头组织性能与工艺参数的关系,发现了焊接热影响重合区组织细化的现象。结论 研究结果验证了所构建数学模型的可靠性,对改善高难度悬臂结构制造的形貌以及提高成形质量具有重要的指导意义。     

基于回归方法和神经网络的电弧增材制造单道成形形貌预测

目的 针对电弧增材制造技术实际应用中工艺参数选取困难和成形结果难预测的问题,确定高效、准确的电弧增材制造单道成形形貌预测的数学方法,以快速、方便地选取丝材电弧增材制造工艺参数并指导成形质量控制。方法 在单道单层丝材电弧增材制造实验的基础上,采用多种回归方法和神经网络方法分别建立焊接电流、电压和焊枪移动速度等多个工艺参数与增材层宽度、增材层高度及熔池深度等成形形貌参数之间的数学关系模型。结果 电弧增材制造单道成形形貌与焊接电流、电压和焊枪移动速度显著相关,且各参数间存在非线性交互作用;采用多元线性回归法可较准确地预测单道增材层宽度,但对于增材层高度和熔深的预测效果较差;神经网络可良好地处理各工艺参数间复杂的非线性关系,其对增材层宽度、增材层高度和熔深的预测平均误差率分别为4.17%、6.60%和7.01%,显著优于多元线性回归法。结论 采用神经网络法可以准确预测电弧增材制造单道成形的形貌参数,进而指导增材制造工艺参数的选取和成形质量的控制。     

316L不锈钢薄板焊缝成形及力学性能研究

目的 减少1 mm厚度316L不锈钢薄板在焊接生产过程中出现的缺陷等问题,并提高不锈钢薄板焊缝成形质量和焊接接头力学性能。方法 采用脉冲激光焊接技术实现对厚度1 mm的316L不锈钢薄板的精确焊接,并利用金相显微镜、维氏硬度计、万能拉伸试验机和扫描电镜对焊缝的表面形貌、微观结构、力学性能、断口形貌进行表征分析。结果 当激光功率为403 W、输出电流为150 A、焊接速度为150 mm/min、离焦量为−5.525 mm时,焊缝正反面的形貌规则无缺陷。焊缝区内的微观结构主要由δ-铁素体和奥氏体2种晶粒构成,相较于母材及热影响区,焊缝区晶粒尺寸更细小均匀,平均硬度为156HV,表现出更高的硬度特性。焊接接头的抗拉强度和屈服强度均值分别达到643.28 MPa和305.95 MPa,相对于母材的强度分别提高了7%和49%;平均断后伸长率为37.2%,达到原始母材伸长率的55%;断裂呈现韧性断裂的塑性变形和延展性特征。结论 优化调整焊接工艺参数后,1 mm厚度316L不锈钢薄板的焊缝成形质量提高,无缺陷且微观组织分布均匀,焊接接头强度显著提高。     

热处理对增材制造核用不锈钢微观结构的影响

目的 以选区激光熔化（SLM）制备的核用316L奥氏体不锈钢为研究对象,探究不同热处理工艺对其微观结构的调控机制,为设计新型的核用不锈钢材料提供实验依据。方法 使用X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜和电子背散射衍射等设备和技术手段,对600℃和1 050℃热处理后的SLM样品的合金成分、物相、晶粒形貌等开展表征和分析。结果 SLM技术成形的核用316L不锈钢内部无明显的裂纹和空洞,柱状及胞状亚晶粒清晰可见,各合金元素分布均匀;热处理温度的升高促进了亚晶粒中的应变能释放,导致部分亚晶界消失;当热处理温度为1 050℃时,小角度晶界比例急剧下降,亚晶粒发生重结晶。相比于传统的加工技术,SLM技术通过急速升温与降温的方法引入了高密度亚晶粒,利用位错强化和析出相强化机制提高了材料的硬度。结论 升高热处理温度可以提高激光增材制造核用316L不锈钢中大角度晶界的比例和铁素体相的含量。位错密度大幅度减小是不锈钢硬度降低的主要原因。