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。     

316不锈钢低功率脉冲激光诱导TIG电弧增材制造组织研究

采用低功率脉冲激光诱导电弧复合热源熔化沉积316奥氏体不锈钢焊丝依次制备1～8层单道墙体,研究不同墙体层间组织和性能的影响规律并分析其机理,为高效能量节约型复合热源增材制造大型构件提供理论依据。结果表明,低功率脉冲激光诱导电弧可以增材制造出成形良好的墙体。墙体底层组织在后层热处理作用下,晶粒平均增大5μm,凝固模式为A模式,墙体中间层组织均由树枝晶构成,一次枝晶间距约为16μm。8层墙体4层以上凝固模式为FA。低功率脉冲激光诱导电弧8层增材墙体的显微硬度值整体呈先降低后缓升的趋势,硬度值在HV187～HV233之间变化,δ铁素体析出在晶界或晶内可起到强化作用。     

激光-MIG复合热源铝合金层间堆积快速成形

在铝合金熔化极惰性气体保护焊快速成形过程中,由于焊接热输入量大、电弧稳定性差等因素,层间堆积时易产生熔池外溢、坍塌等成形缺陷.应用低功率激光-MIG复合热源焊接工艺,以两种不同的层间堆积方式形成了铝合金单道多层墙体零件.并对零件的表面质量、金相组织以及显微硬度进行了分析.最后用该工艺在无支撑条件下形成了40°的斜面墙体零件.结果表明,与常规MIG焊相比,低功率激光-MIG复合热源焊接工艺能够对铝合金层间堆积过程进行更加精确稳定的控制,且零件组织更加均匀.     

铝合金激光诱导MIG电弧增材制造成形尺寸规律

为了研究铝合金激光诱导MIG电弧增材制造过程中各参数对薄壁结构件成形尺寸的影响规律,利用二次通用旋转组合方法设计正交试验样本,通过二次回归方程建立了工艺参数（电弧电流I、堆积速度v、层间温度T、激光功率P）与成形墙体稳定区域的尺寸预测模型,并研究了单个工艺参数对试件成形的影响,经验证发现模型预测效果较好.结果表明,当电弧电流大于106 A时,参数对层宽的影响顺序由大到小为,电弧电流、层间温度、堆积速度、激光功率;参数对层高的影响顺序由大到小为,电弧电流、堆积速度、层间温度、激光功率.     

5356铝合金TIG电弧增材制造组织与力学性能

采用钨极惰性气体保护焊(TIG)电弧增材制造工艺制备5356铝合金成形件,并对成形件的组织和力学性能进行研究.结果表明,5356铝合金增材制造的相组成为α-Al基体和β(Al3Mg2)相;随沉积高度增加,沉积层显微组织由等轴晶向柱状晶转变,达到热平衡状态后趋于稳定,这是因为增材制造具有热积累效应;最顶层组织呈现树枝状,且Mg元素偏析严重;中下部组织形态多样,包括等轴晶组织、柱状晶组织及其混合组织,同时Mg元素偏析得到改善.力学性能测试结果显示,随沉积高度的增加,层内显微硬度先降低后趋于稳定,这是因为沉积层组织在增材制造过程中经历逐渐粗化的过程,导致显微硬度下降,达到热平衡状态后显微组织相对稳定,显微硬度也趋于稳定.沉积层层间位置的硬度大于层内,这是因为层间结合处为细小的等轴晶组织.聚集在层间的气孔可能是导致薄壁件屈服强度低于理论计算值的原因.抗拉强度、屈服强度以及伸长率都表现了各向异性,横向拉伸性能优于纵向,这是因为薄壁件层间气孔聚集以及显微组织不均匀.     

ER5356铝合金双脉冲电弧增材制造成型工艺及组织研究

采用双脉冲MIG电弧增材制造工艺制备了ER5356铝合金直壁和斜壁试件。通过多组单道单层试验,探索了双脉冲铝合金电弧增材的最佳工艺。结果表明,采用130 A电流,20 V电弧电压,7 mm/s焊接速度,4 Hz低频频率进行ER5356铝合金直壁件增材制造,成型质量良好,其晶粒在高度方向呈现等轴晶与柱状晶交替分布,硬度也呈周期性变化;当以15°的焊枪角度,1 mm的横向偏移量进行斜壁件增材制造时,可以获得倾斜角度为45°的斜壁试件,其晶粒在高度及厚度方向的分布都不均匀。通过EDS能谱分析发现成型试样晶粒内Mg、Si元素有明显偏析。     

激光诱导MIG电弧增材制造5356铝合金薄壁零件组织及力学性能

采用激光诱导MIG电弧增材制造的方法制造5356铝合金薄壁零件,并对沉积态材料的组织特征及力学性能进行研究。观察结果发现,沉积态5356铝合金的截面存在波浪形条纹,顶部区域由柱状晶和等轴晶组成;中下部区域的Mg含量高于顶部区域,组织主要为树枝状。拉伸结果显示,沉积态材料的平均抗拉强度为279.75 MPa,平均断后伸长率为24.38%。试样的强度性能呈各向同性,塑性性能存在一定的各向异性。试样内部存在氢气孔,液态金属中的氢无法逸出和激光小孔的瞬间失稳是形成氢气孔的主要原因。     

铝合金电弧增材制造成形工艺与性能研究

采用ER5356铝合金焊丝,在AA6061铝合金基板上进行TIG电弧增材制造成形试验,研究焊接电流和预热温度对增材制造成形的影响,分析增材制造成形件的显微组织,并测试其力学性能。结果表明:热输入对铝合金的增材制造成形影响较大,以熔宽作为成形件热输入量指标进行相应电流调节,可实现铝合金的增材制造成形。成形件与基板结合良好,结合处和沉积层层间均为柱状树枝晶,沉积层为等轴晶,顶层由于良好的散热环境,呈现出细小树枝晶向等轴晶转变趋势。成形件的硬度分布较为均匀,平均硬度为71.3 HV。成形件的屈服强度为112 MPa,抗拉强度为255 MPa,伸长率为28.3%,拉伸断裂为典型的韧性断裂。     

铝合金电弧增材与激光冲击强化复合制造组织与性能

对电弧增材铝合金试样进行激光冲击强化,观察激光冲击强化对电弧增材铝合金材料的现象,分析了激光冲击强化对电弧增材铝合金微观组织和力学性能的影响。激光冲击强化后,未影响区域的微观结构与电弧增材试样的结构相似,由细长的柱状晶区和位于柱状晶区之间的细小等轴晶区组成;受影响区中杂乱分布着的中等大小的等轴晶及较长的柱状晶。激光冲击改变了材料微观结构,出现了中等大小的等轴晶,减少了气孔。激光冲击强化后,增材铝合金表面均产生了残余压应力场,在合理的工艺参数下,可以获得最大残余压应力约为-124 MPa。在不同试验参数下,冲击能量、冲击次数和搭接率的提高都能增加铝合金的显微硬度和影响深度,证明激光冲击强化技术显著提高了电弧增材铝合金试样表面性能,在改善力学性能方面有重要作用。     

沉积策略对电弧增材制造5356铝合金显微组织、缺陷和力学性能的影响（英文）

基于电弧增材制造技术(WAAM)研究往复扫描(RS)、振荡扫描(OS)和垂直扫描(VS) 3种沉积策略对5356铝合金(AA5356)构件的影响,探讨5356铝合金构件的显微组织、缺陷和力学性能。结果表明：相比于RS和OS策略,VS策略使得构件的热量分布均匀。VS策略的显微组织主要由等轴晶组成,使得显微硬度最高值达到HV 77.25。VS策略使得构件的气孔率和微孔尺寸分别下降了45.52%和19.81%,从而改善了拉伸性能。因此,VS策略为获得显微组织均匀、力学性能优异的AA5356构件提供了一种新的解决方案。     

Effects of Solution Treatment Temperatures on Microstructure and Mechanical Properties of TIG–MIG Hybrid Arc Additive Manufactured 5356 Aluminum Alloy

A novel additive manufacturing method with TIG–MIG hybrid heat source was applied for fabricating 5356 aluminum alloy component. In this paper the microstructure evolution, mechanical properties and fracture morphologies of both as-deposited and heat-treated component were investigated, and how these were affected by different heat-treated temperature. The as-deposited microstructure showed dominant equiaxed grains with second phase, and the size of them is coarse in the bottom region, medium in the middle region and fine in the top region owing to different thermal cycling conditions. Compared with as-deposited microstructure, the size of grain becomes large and second phases gradually dissolve in the matrix as heat-treated temperature increase. Different microstructures determine the mechanical properties of component. Results show that average ultimate tensile strength enhances from 226 to 270 MPa and average microhardness increases from 64.2 to 75.3 HV0.1 but ductility decreases from 33 to 6.5% with heat-treated temperature increasing. For all components, the tensile properties are almost the same in the vertical direction (Z) and horizontal direction (Y) due to equiaxed grains, which exhibits isotropy, and the mechanisms of these are analyzed in detailed. In general, the results demonstrate that hybrid arc heat source has the potential to fabricate aluminum alloy component.     

轨道交通用6082铝合金焊接接头组织与性能

采用熔化极氩孤焊(MIG)方法,以ER5356焊丝作为填充材料,对轨道交通用6082铝合金进行焊接,并对获得的接头微观组织和力学性能进行分析测试.金相组织观察表明,接头焊缝金属区为细小的等轴晶组织,主要由α -Al基体相和Mg2Si强化相组成,而热影响区为树枝晶组织,晶粒有所长大.力学性能测试表明,接头的抗拉强度约为母...     

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-多股绞合焊丝MIG复合焊接头组织与性能分析

选用1 × 3结构的ER5356铝合金多股绞合焊丝,进行5A06铝合金激光-多股绞合焊丝MIG复合焊对接试验,通过金相、扫描电镜、电子背散射衍射、拉伸和硬度测试等方法对20 mm厚焊接接头的微观组织和力学性能相关性进行分析. 结果表明,铝合金激光-多股绞合焊丝MIG复合焊工艺性较好,焊缝主要由α(Al)基体和弥散分布的Al₃Mg₂第二相组成,焊缝中心区以等轴晶为主,晶粒的平均尺寸为34.83 μm;热影响区晶粒细小,存在回复再结晶,晶粒的平均尺寸为10.21 μm. 焊接接头硬度在75 ~ 90 HV之间,其中熔合区硬度值最低,为母材硬度值的84.6 %;焊接接头平均抗拉强度292 MPa,为母材抗拉强度的84 %,拉伸试件断口断裂位置为熔合区附近,呈现出韧性断裂特征.     

微弧等离子增材制造NiCr合金的分子动力学数值模拟

微弧等离子增材制造NiCr合金快速凝固过程对增材制造的结构件微观组织结构性能具有重要影响. 采用分子动力学对微弧等离子增材制造NiCr合金构件生长过程中温度场变化及等轴晶生长过程进行模拟. 结果表明,冷却速率为3.38 K/ps和0.675 K/ps时,Ni-Cr体系呈现非晶凝固,0.077 5 K/ps冷却速率下,Ni-Cr体系自发形核长大,实现等轴晶凝固结晶过程,这为微弧等离子增材制造组织演变研究提供了理论支撑.     

高强铝铜合金MIG焊工艺

研究了单脉冲、电磁搅拌、电磁搅拌和单脉冲复合作用对高强Al-Cu合金MIG焊焊缝组织及性能的影响.结果表明,普通MIG焊焊缝组织几乎由粗大、方向性很强的柱状晶组成,接头抗拉强度仅为286.5 MPa,断后伸长率为2.4%;单脉冲或电磁搅拌均能细化焊缝组织,提高接头力学性能;电磁搅拌和单脉冲复合作用降低了固一液界面前沿液相的温度梯度,增加了非均质形核率,促使柱状晶转变为细小均匀的等轴晶,细化了焊缝组织,显著提高了接头力学性能,接头抗拉强度高达326.0 MPa,断后伸长率为7.8%.     

薄板2524铝合金激光填丝焊接工艺及组织性能

2524铝合金是具有优异损伤容限的新型航空高强Al-Cu-Mg合金.采用高功率光纤激光器焊接1.6 mm厚2524铝合金,研究了填充5087焊丝情况下,激光功率、焊接速度和填丝速度对焊缝成形、热裂纹倾向和焊缝显微组织的影响,优化焊接工艺参数,考察接头静态拉伸性能.结果表明,采用填充材料后,焊缝柱状枝晶生长方向性明显减小、晶粒细化、晶界共晶增多、热裂纹倾向降低.当激光功率为2.5 kW,焊接速度为2 m/min,填丝速度为2 m/min时,可获得成形良好、无缺陷的焊缝,接头抗拉强度达到313~324 MPa,拉伸断裂于接头熔合线附近,断口处有大量韧窝,呈韧性断裂特征.     

电弧功率对MIG电弧增材制造316L奥氏体不锈钢组织及力学性能的影响

采用大功率MIG电弧热源熔化沉积316L奥氏体不锈钢金属焊丝制备试样，研究电弧功率对成形试样组织、力学性能以及断裂行为的影响并分析其机理，为高效、低成本电弧增材制造大型金属构件提供技术基础和理论依据. 结果表明，大功率MIG电弧增材制造316L奥氏体不锈钢内部形成柱状晶并生成δ相和σ相呈蠕虫状分布在γ基体中. δ相分布在晶内和晶界起强化作用. 随着电弧功率从3 763 W增加8 400 W，316L试样晶粒尺寸变大，δ相含量减少而σ相含量增加，使得材料抗拉强度从578 MPa降低到533 MPa，屈服强度从310 MPa降低到235 MPa，断后伸长率从53%降低到44%，断面收缩率从67%下降到60%. 当电弧功率增加到8 400 W时，在晶界上形成较多的σ相，试样断裂模式由较低功率时的穿晶韧窝断裂转变为沿晶韧窝断裂.     

Study of laser MIG hybrid welded AZ31 magnesium alloy

Abstract

The laser metal inert gas (MIG) hybrid welded AZ31 magnesium alloy is discussed in weld shape, microstructure characteristics and mechanical properties in comparison of single laser and arc welding. The stable MIG arc, reliable droplet transfer and regular weld that are hardly obtained in single MIG welding can be obtained in hybrid welding by laser arc synergic effects. The ultimate tensile strength and elongation of hybrid weld are far higher than those of laser weld and reach 97·8 and 87·5% of base metal respectively. Under this experimental condition, the efficiency of hybrid welding is 1·20 times faster than that of single laser welding. Between the wide upper part (arc zone) and the narrow lower part (laser zone), obvious difference is observed. Arc zone has coarser grain size and wider partial melted zone than laser zone. Finally, the porosity reduction mechanism of hybrid weld is discussed according to the weld pool shape and the acting forces on it.     

Characteristics of 5A90 Aluminum-lithium Alloy by YAG-MIG Hybrid Welding

The characteristics of 5A90 Aluminum-Lithium alloy by YAG laser and MIG arc hybrid welding (Hybrid welding) were studied.Compared with the laser beam welding (LBW),the hybrid welding could not only improve the weld appearance significantly,but also have better engineering compatibility.The obvious microstructure characteristics of joint by the hybrid welding are fine-grained layer near fusion-line and the equiaxed grain in most area of welded seam.The subgrains of the equiaxed grains,located in the weld center,tend to coarse from bottom to top of weld joint.The microhardness of welded seam by the hybrid welding (83.57HV0.2) is lower than that by LBW (95.65HV0.2),but the uniformity of the former is better than that of the latter.The ultimate strength and the elongations after fracture of the joint by the hybrid welding are lower than that by LBW.The tensile fracture always occurs in HAZ or weld centerline,and the fractography presents mixture rupture.Therefore,if the combined mechanical properties of joint by the hybrid welding meet the operation requirements,it should be improved by reasonable artificial aging or heat treatment after welding,and it also should develop a better filler wire matched with the base metal.