航空航天用电弧熔丝增材制造研究综述

电弧增材制造因其成形效率高、适用材料范围大、设备简单、工件尺寸不受限制等特点,在航空航天领域大型金属构件制备方面具有独特优势。对航空航天领域涉及的电弧熔丝增材制造(Wire and Arc Additive Manufacturing,WAAM)典型材料的微观组织及力学性能进行了总结分析,从增材过程工艺控制、增材后热处理以及复合增材技术三个方面综述了电弧熔丝增材工艺质量控制的方法,并概述了近年来大型金属构件电弧熔丝增材制造的应用情况,最后对大型金属零件电弧熔丝增材制造技术的发展方向进行了展望。     

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。     

摆动电弧熔丝增材技术研究现状及应用

传统的电弧熔丝增材技术在大型构件生产中容易形成残余应力影响构件性能,而摆动电弧熔丝增材技术可以有效改善残余应力,因此针对摆动电弧熔丝增材技术,综述了摆动电弧熔丝增材技术残余应力形成机理、消除或控制残余应力的研究和工艺方法;阐述了摆动电弧熔丝增材技术的工艺参数及增材路径对温度场及残余应力的影响,最后简要介绍了摆动电弧熔丝增材技术的应用案例,以期为提高电弧熔丝增材构件力学性能提供引导。     

国内外电子束熔丝沉积增材制造技术发展现状

随着增材制造技术的不断发展,各种增材制造技术,如电弧增材制造、激光增材制造和电子束增材制造等,在其相应的领域内展开了广泛的研究.文中总结了电子束熔丝沉积增材制造技术的特点.重点介绍了国内外对电子束熔丝沉积技术开展的研究工作,简要介绍了国内外学者在电子束熔丝沉积技术设备和工艺方面取得的最新研究成果.分析了电子束熔丝沉积技术目前亟需展开的研究工作,并展望了该技术应向活泼难熔金属、复合材料、梯度材料制备与大型复杂构件的增材制造等方向发展.     

电弧增材制造轨迹及工艺规划研究进展

电弧熔丝增材制造是一种高效快速近净成形制造技术，凭借其低成本、高柔性的显著优势成为中/大型金属零件制造的热点研究方向及首选方案。概述了近年来电弧熔丝增材制造技术在成形轨迹及工艺规划方面的研究进展，总结了三维模型切片方法、具有不同几何特征的二轮轮廓路径规划方法、典型结构的特殊路径规划策略及成形工艺参数优化与控制策略，介绍了多方面提高表面质量与成形精度的工艺方法及悬垂结构、倾斜结构的无支撑打印策略，最后总结了电弧熔丝增材制造技术当前研究进展，指出了未来提升电弧增材制造装备及工艺控制的智能化水平的研究方向。     

铝合金电弧熔丝增材制造的冶金缺陷研究现状与展望

电弧熔丝增材制造(WAAM)已成为装备制造领域的重要发展方向之一，通过电弧加热熔化金属丝材，可在预设路径上逐层叠加堆积完成三维实体金属构件的增材制造成形，具有效率高且成本低的优点，尤其适合大尺寸铝合金构件的一体化增材制造成形。但由于铝合金固有的冶金行为特征，电弧熔丝增材制造中易出现冶金缺陷，如气孔、裂纹等问题，较大程度限制了产品力学性能的进一步提升，也严重制约了铝合金电弧熔丝增材制造技术的高效高质量发展。本文主要综述了电弧熔丝增材制造铝合金的气孔、裂纹等冶金缺陷问题，总结了缺陷形成机理、影响因素和抑制措施等方面的研究进展，并对铝合金电弧熔丝增材制造技术的未来发展方向进行了展望。     

融合BP-ANN-MCSA算法的电弧增材工艺参数寻优策略研究

为解决电弧熔丝增材过程中工艺参数协同性问题,进行增材工艺参数优化,基于实验与BP神经网络深度学习构建了增材参数与焊道形状的映射关系,建立了增材工艺参数反算模型。将爬山算法进行改进,并与BP神经网络进行深度融合,根据预设电弧增材形貌目标对电弧熔丝增材工艺参数进行寻优,实现了对不同焊道宽高和焊道表面平整度要求下的增材工艺参数优化。最后,通过实验对该模型进行验证,将实验形状参数代入反算模型,将计算所得优化工艺参数与实验预设增材工艺参数进行对比,各项对应参数相对误差的平均绝对值均在5%以内,优化结果有效,证明了该增材工艺参数反算模型及寻优策略的可靠性与实用性。     

金属熔丝增材制造技术的研究现状与展望

随着现代计算机技术的快速发展,增材制造技术在诸多工业领域得到了广泛应用,逐渐成为智能制造技术的典型代表。其中,金属熔丝增材制造由于其成形效率高、成本低、材料利用率高等优势,已逐渐成为国内外增材制造研究的热点。介绍了金属熔丝增材制造技术的分类、应用范围、各自的优缺点和研究现状,重点讨论电弧熔丝增材制造技术的细分领域现状及应用,分析金属熔丝增材制造技术的未来研究目标与发展趋势。     

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。     

电弧熔丝增材随动锤击精整-消应力过程对装置结构变形的影响北大核心CSCD

电弧熔丝增材随动锤击精整-消应力过程对增材装置整体结构变形存在一定的影响,为保证增材设备的使用精度,分析了不同锤击气压、锤击位置对设备结构变形的影响。解析计算出锤击气压与锤击速度的关系,建立了大型电弧增材设备框梁结构承载有限元分析模型,分析、确立了锤击过程中横梁受到的锤击反力,并根据工作位置、锤击气压的不同设计了15种工况,对各工况进行了瞬态动力学分析。分析结果显示,在各锤击气压下,锤击对横梁重力方向的变形影响最大,最大变形区域出现在横梁中央部位。该研究为设备后续的优化提供了依据,具有一定的工程应用价值。     

能束能场增材再制造技术的研究进展

针对再制造工程在发展和应用中面临的挑战和需求,阐述了增材再制造技术的概念,探讨了基于激光、电子束、电弧的熔敷成形技术以及电弧-激光复合熔敷、电弧-磁场复合熔敷、激光-磁场复合熔敷、双激光复合锻打成形等技术的特点及应用,重点分析了纵向磁场对电弧温度场以及旋转磁场对激光熔敷层组织的影响。结果表明：电弧熔敷成形过程引入纵向磁场,电弧中心温度降低,电弧对基体的热影响减小;激光熔敷成形铝基非晶材料过程加入旋转磁场,有利于非晶相的形成和组织缺陷的减少,熔敷层的耐蚀性和力学性能提高。最后指出能束能场增材再制造技术的发展趋势是向多能束能场及后处理复合、再制造全过程智能化和装备集成移动式方向发展。     

电弧喷涂设备的现状与展望

简要介细了电弧喷涂设备的现状和发展概况。分析了电弧喷涂电源和电弧喷涂枪的研究进展。表明逆变化、智能化是电弧喷涂电源发展的必然趋势;电弧喷涂枪将朝着高速、高效的方向发展。     

金属增材制造技术的研究进展

金属增材制造技术作为先进制造技术的一个重要发展方向,受到了制造业的广泛关注。主要从原理、特点、发展和实际应用方面,分别介绍基于激光、电子束以及电弧的金属增材制造技术,指出该技术现阶段存在的问题和未来研究方向。     

双脉冲电弧增材制造数值模拟与晶粒细化机理

电弧增材制造具有成本低和效率高等优点,然而其晶粒细化的研究鲜有报道. 使用自行研制的熔化极气体保护焊电源实施了双脉冲电弧增材制造试验,通过数值模拟预测了晶粒细化现象,试验结果验证了双脉冲电弧的晶粒细化作用. 结果表明,由于熔池的膨胀,熔池尾部出现了重熔化现象. 在与单脉冲电弧热输入相同时,重熔化现象导致双脉冲电弧能够产生更高的冷却速度,并且细化晶粒. 因此,可以通过改变脉冲参数而不是传统地改变热输入来细化晶粒.     

电弧增材制造过程的外形控制优化

电弧增材制造由于其高堆积速率、高材料利用率、低设备费用及可制造大型构件的能力而广受关注,但由于电弧增材制造在同向堆积时存在起弧处堆积高、熄弧处堆积低的问题,影响了电弧增材构件的外形精度。基于现有设备,通过优化电弧增材制造过程中的堆积策略,从而显著改善堆积件的外形精度。相较于未优化,优化后的堆积件起弧处相较于正常段高度降低20.5%,熄弧处相较于正常段高度增加44.5%,起弧处与熄弧处的高度差减少36.4%。     

逆变式弧焊机--造船焊接的必然选择

介绍了我国逆变式弧焊机的可靠性以及造船厂应用逆变式焊机的现状,随着我国逆变式弧焊机质量的明显提高、造船能力的急剧扩大,逆变式弧焊机尤其是ＩＧＢＴ逆变式ＣＯ２焊机在造船厂将得到广泛应用。这必将大大提高造船厂焊接设备的现代化水平,同时国逆变式弧焊机的发展注入新的活力。     

基于电弧的多能场复合增材制造技术研究现状

增材制造主要分为激光增材制造技术、电子束增材制造技术和电弧增材制造技术。相较于其他增材制造技术和传统加工方式,电弧增材制造技术具有成形速度快、成本低、材料利用率高,以及成形件化学成分均匀且性能优良等优势,被广泛应用于大型金属零件制造。电弧增材制造因具有多样化的应用方向,可以满足不同标准零部件的加工制造,已经逐步成为当下主流的零部件加工技术。主要介绍了单一热源(如钨极)气体保护增材制造技术、等离子弧增材制造技术、熔化极气体保护增材制造技术、冷金属过渡增材制造技术和多能场辅助电弧复合增材制造技术,包括磁场–电弧、激光–电弧和电场–电弧等复合增材制造技术等。从宏观形貌、微观组织和力学性能3个角度出发,分析了工艺参数或工艺自身特性对增材制造成形件宏观形貌的影响,讨论了成形件显微组织演变机制及其力学性能,同时提出了单一热源与多能场辅助电弧增材制造技术在现阶段存在的问题,并给出了建议。     

ZX5-630晶闸管弧焊整流器的研制

ZX5-630是三相桥式全控整流电路晶闸管弧焊整流器，它的电压输出波形稳定，采用焊接电流、电压截止负反馈闭环控制系统和恒流外拖特性的控制电路，使焊接电流从100—630A线性连续可调，并具有电弧推力、长、短弧和引弧电流连续可调、电压网络补偿的功能。可使用各类焊条焊接低、中碳钢和合金钢等大型工件，同时具有电弧气刨功能，受到用户的青睐。     

电弧炉熔炼节能技术应用现状与发展

介绍了电弧炉在采用熔炼新技术,降低电气设备电能损耗,控制出钢温度、渣量和留钢量,加强炉料管理和生产组织管理等方面的节能措施及其应用效果,探讨了电弧炉熔炼节能技术的发展趋势。