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。     

随弧激冷对电弧增材制造温度场及组织性能的影响

针对电弧增材制造过程中严重的热积累所导致的成形件成形质量差、尺寸精度低以及晶粒粗大等问题,提出通过随弧激冷电弧增材制造方法来改善电弧增材制造过程中的热积累.采用数值模拟与试验相结合的方法研究随弧激冷对电弧增材制造过程温度场的影响,分析施加冷源对成形件的成形质量以及组织性能的影响.结果表明,施加冷源能够有效改善电弧增材制造过程中的热积累,提高成形件的成形质量以及尺寸精度,优化成形件的显微组织以及力学性能.     

铝合金电弧增材制造研究现状

电弧增材制造技术（Wire Arc Additive Manufacturing,WAAM）具有沉积速率高,成形速度快以及适合各种成形环境的优点,吸引了越来越多的高校及科研机构投入其中,如何进一步发挥电弧增材制造的优势是当下的研究热点。阐述了铝合金电弧增材过程中热输入、电流方式和外加能场对成形件表面形貌、微观组织以及力学性能的影响。当焊接电流较小或焊接速度较快时,热输入较低,熔融金属冷却速度快,形核率高,成形件为晶粒细小的等轴晶粒,提供给气孔的形成、聚集和长大的时间短,即热输入越低,成形件等轴晶区越宽,晶粒越细小,气孔缺陷越少,成形件机械性能越优异。对比分析了不同电流方式的电弧增材制造成形件性能差异,发现脉冲和变极性电流方式的热输入比无脉冲电流方式低,成形件晶粒更精细、缺陷更少、机械性能更优异;脉冲和变极性电流方式都可以清理成形件表面氧化膜,获得平整的表面。分析了电弧增材制造系统的优化方案,发现施加磁场、激光可以使得电弧更加集中,调控熔池流动,避免熔敷金属铺展不均匀;施加原位轧制、层间锤击以及超声喷丸可使得沉积层发生变形,在晶粒内产生大量位错;利用水箱或者添加保护气喷嘴可以降低电弧增材...     

铝合金激光-电弧复合增材制造工艺分析

复合热源能够发挥两者各自的优势,同时弥补两者各自的不足。采用基于弧焊的金属材料增材制造技术进行墙体堆积过程中,层间停留时间成为影响焊接性能的一个重要焊接参数。使用熔化极气体保护焊(MIG焊),通过改变不同的层间停留时间,对5356铝合金增材制造过程进行研究。研究表明,采用常规熔化极气体保护焊进行多层单道堆积墙体时,对不同层间停留时间进行控制,墙体可以获得较好的力学性能。在最佳的层间停留时间下,采用低功率激光电弧复合热源,通过适当的激光电弧能量匹配,可以进一步提高墙体的力学性能和墙体组织的均匀性。     

电弧增材制造成形控制技术的研究现状与展望

电弧增材制造是低成本金属零件直接成形的重要研究方向之一。金属零件形貌的成形精度是评判成形质量的一个重要指标。从成形工艺特性、尺寸数学建模、过程控制等角度阐述了电弧增材制造成形控制技术的国内外研究现状;重点总结了基于视觉传感的电弧增材制造闭环控制技术的研究现状;分析了电弧增材制造成形控制技术研究存在的关键问题;提出了未来电弧增材制造成形控制技术的研究内容和发展方向。     

电弧增材与激光增材复合制造GH4099的显微组织与力学性能研究

结合电弧增材制造沉积率高、成本低和激光增材构件质量高的优势,提出了电弧增材与激光增材复合的制造技术,用于高效、高质量GH4099材料零件制造。通过在电弧增材基板上进行激光直接沉积实验,对比了两种增材制造工艺所得涂层的显微组织和力学性能;探究了两种增材构件界面处的显微组织与力学性能。结果表明:电弧增材与激光增材的显微组织均沿沉积方向外延生长,且激光增材GH4099的显微组织要细于电弧增材的。在两种增材构件的交界处,当激光增材沉积方向与电弧增材沉积方向平行时,整体构件显微组织具有同一生长方向;并得到相比于垂直于电弧增材沉积方向时更高的力学性能。     

电弧增材制造工艺约束下的速度规划算法研究

电弧增材制造技术是一种高效率、低成本的金属快速制造方式。然而,电弧增材制造在加工复杂零件时,受制于轨迹曲率变化大等因素,焊枪行走速度无法保持恒定,因而难以获得一致的成形形貌。提出一种基于NURBS插补的工艺约束下的速度规划算法,将电弧增材制造工艺允许的速度波动范围考虑在内,能够减小电弧增材制造过程的速度波动,提高成形形貌的一致性,最大相对误差不超过5%,满足电弧增材制造的成形控制需求。     

添加过渡层的镁合金/钢激光-TIG电弧复合熔化焊接机制

激光-电弧复合热源技术较单一热源焊接技术相比,具有热源能量密度梯度及热力耦合模式可优化设计等特点,成为实现关键零部件精确成形成性焊接制造的重要方法. 文中以镁合金/钢为代表的难固溶不反应异质材料为研究对象,提出多组元液相共存的镁合金/钢激光-TIG电弧复合焊接新思路,利用激光-TIG电弧复合焊接热源所具有的能量密度梯度分布特征,通过添加Cu-Zn过渡层,实现镁合金/钢异种金属高质量熔化焊接,并对铝元素的作用进行了探讨.     

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。     

电弧增材制造工艺及数值仿真研究进展

对电弧增材制造的工作原理、基本概念及取得的成果与进展进行综述。论述了电弧增材制造的工艺参数对增材件力学性能的影响;总结了电弧增材构件的成形性、微观组织等特点;概述了数值模拟在电弧增材中的应用,以及仿真模型中不同工艺参数对其温度场与应力场的影响规律;对电弧增材制造未来的发展做出总结展望。     

浅谈我国钢制压力容器焊接新技术

针对我国钢制压力容器相对薄弱的焊接领域,如厚壁压力容器、承装腐蚀介质的压力容器和不锈钢复合板压力容器,介绍了我国钢制压力容器的焊接新技术,包括窄间隙多丝埋弧焊、激光-电弧复合热源、带极电渣堆焊、药芯焊丝CO2气保护焊、脉冲TIG焊;分析了焊接新技术在压力容器焊接中的应用,并对未来发展进行展望。     

304L/SA516Gr70不锈钢复合板焊接接头的组织与性能分析

针对304L/SA516Gr70不锈钢复合板,采用钨极氩弧焊方法并选用ER309L焊丝焊接覆层和过渡层,选用E5015焊条电弧焊焊接基层.对焊接接头进行拉伸强度等力学性能测试,结果表明,拉伸试样断裂于母材,焊接接头的抗拉强度达573.4 MPa,断口呈明显的韧性断裂;观察接头金相组织表明,过渡层焊缝组织为黑色的蠕虫状和...     

焊后热处理对BB503钢焊接接头性能及组织的影响

对45mm厚的BB503钢板分别采用手工焊、CO2气体保护焊、埋弧自动焊进行焊接，对部分焊接接头进行了焊后去应力热处理。比较了不同工艺焊接接头的力学性能及显微组织的差异。结果表明，经于工焊和CO2气体保护焊焊接的BB503钢板的焊接性优于埋弧焊；焊后热处理消除了焊接接头中的残余应力，大幅度提高了接头各区的冲击韧度，综合力学性能显著提高。     

Study on ac-PMIG welding of AZ31B magnesium alloy

Abstract

Welding of AZ31B magnesium alloy is carried out using alternating current pulsed metal inert gas (ac-PMIG) welding with 1·6 mm diameter of filler wire. Typical current waveform is used to make sure arc given an accurate energy input into filler wire. The arc characteristics, metal transfer forms, microstructure and mechanical property of ac-PMIG welding of AZ31B magnesium are investigated. The results show that a stable welding procedure and continuous joints can be obtained easily under a wide range of welding parameters. The most important factors for ac-PMIG welding are negative electrode (EN) ratio and pulse rework current, which give an accurate energy input into filler wire. The grain in fusion zone is much finer and more uniform, and grain size does not grow significantly in the heat affected zone compared with base metal. The average ultimate tensile strength of weld beads is 97·2% of base metal.     

A study on consumable aided tungsten indirect arc welding

A consumable aided tungsten indirect arc welding method has been studied. This method is different from the traditional TIG welding because it introduces an MIG welding torch into the traditional TIG welding system. An indirect arc is generated between the consumable electrode of the MIG welding torch and the tungsten electrode of the TIG welding torch, but not generated between the tungsten electrode of the welding torch and the base metal. Welding current flows from the consumable electrode to the tungsten electrode in the free-burning indirect arc. The consumable aided tungsten indirect arc welding not only rapidly melts the welding wire but also effectively restrains the excessive fusion of the base metal. The welding experiment and the theoretical analysis confirm that this method can obtain a high deposition rate and a low dilution ratio during the welding process.     

保护气体成分对双丝旁路耦合电弧GMAW旁路熔滴过渡形式的影响

双丝旁路耦合电弧GMAW的旁路焊枪选择了正极性接法即焊丝接电源负极,旁路熔滴仅依靠重力向熔池过渡,旁路熔滴尺寸较大且过渡过程并不稳定.针对这一问题,采用已建立的双丝旁路耦合电弧焊接过程信号控制与高速摄像采集系统,采集了纯氩气保护时旁路熔滴过渡形式,并分析了旁路熔滴尺寸较大且过渡过程不稳定的原因.在此基础上,采用80% Ar+20% CO₂为保护气体进行了焊接试验.结果表明,焊接过程中,保护气体中的O元素在旁路熔滴表面形成了氧化膜,旁路电弧在旁路熔滴表面的氧化膜上稳定燃烧,从而使电磁收缩力重新作用在旁路熔滴上并促进旁路熔滴向熔池过渡,因此焊接过程中旁路熔滴尺寸明显减小,熔滴过渡过程更加稳定.     

旁路耦合微束等离子弧增材制造自适应高度控制系统

在xPC Target实时目标环境下,采用旁路耦合微束等离子弧进行增材堆垛试验,探究最大临界送丝速度、焊炬悬空高度和总电压等过程参数之间的关系.通过数据分析得到了送丝速度与总电压的回归模型,进一步在xPC Target系统中创建变送丝和电压反馈相结合的自适应高度调节控制模型,搭建了基于自适应高度调节的旁路耦合微束等离子弧增材制造控制系统,进行了在台阶形基板上的堆垛成形试验和单墙体零件自适应堆垛试验.结果表明,该控制系统能提高增材制造过程的稳定性;优化堆垛高度方向上的成形路径设计;实现复杂形状基板上金属零件的堆垛成形.     

7A52铝合金双丝焊接头的组织与性能

采用5A56焊丝对7A52铝合金进行双丝气体保护焊,对焊接接头的力学性能和显微组织进行了研究。结果表明,7A52铝合金焊接性能较好。因焊丝合金化学成分和结晶过程的影响,焊缝处是合金接头的薄弱环节。对于中厚7A52铝合金板,采用双丝气体保护焊方法可得到优良的焊接接头。