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。     

电弧增材制造中空间曲面等距路径规划算法

基于曲面分层的增材制造是目前研究热点之一. 相比于平面路径规划,在曲率任意变化的复杂空间曲面上进行路径规划算法研究较少,尤其是等距路径规划算法. 提出了一种基于体素化和曲线积分思想的空间曲面等距路径规划算法,算法主要包括体素化模型、计算体素点到源曲线的测地距离、生成增材路径等步骤. 该算法精度可控,其精度主要由模型体素化密度决定;与扫描线法相比,从根本上避免了平移路径时由于局部和全局自相交生成的无效环,提高了计算效率. 最后,选取3种典型曲面,分别为由平面组成的简单曲面、圆柱曲面、B样条曲面,进行空间曲面等距路径规划,已验证算法的适用性,并在圆筒试件上进行曲面分层GMAW电弧增材验证试验. 结果表明,该算法可以满足电弧增材制造的精度要求.     

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。     

电弧增材制造工艺方法、增材焊料及后处理的研究现状

电弧增材制造以其沉积效率高、增材速度快的特点,在大型构件的增材制造中有很大优势,进一步发挥增材制造优势是未来重要研究趋势.介绍了电弧增材制造的工艺方法,对比不同方法的沉积效率和性能特点,指出激光诱导电弧增材和热丝增材可以显著提高增材效率;总结了添加剂和焊料对沉积件性能的影响规律,发现层间添加剂有助于提高沉积件的力学性能...     

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...     

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.     

水浴PTIG微变形电弧增材制造工艺

针对TIG电弧增材制造过程中焊件与基板变形累积的问题,提出了水浴PTIG微变形电弧增材工艺.阐述了水浴PTIG电弧增材工艺的原理和系统组成,对比了水浴和空冷两种工艺条件下增材制造的熔敷速率、基板变形和成形质量.结果表明,水浴条件下的有效熔敷速率稳定在144 g/h,是空冷条件下的2.7倍.水浴条件下基板平面度为2.114,较空冷时降低24%.水浴对直壁体的高度方向成形精度影响较大,对宽度方向影响甚微,水浴时直壁成形件的高度标准差为2.6 mm,低于空冷（3.1 mm）,宽度方向均为0.3 mm.     

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。     

不锈钢电弧增材制造成形

采用316L不锈钢在Q235A基板上进行TIG填丝增材制造成形试验,研究不锈钢增材制造成形工艺,分析不锈钢增材制造成形件的显微组织。结果表明:通过调整焊接电流、打印速度、送丝速度等工艺参数,可以实现不锈钢电弧增材制造成形,成形件具有致密度高、尺寸精度和表面质量较好等优点,其显微组织为柱状枝晶形态的奥氏体,顶部枝晶尺寸相对较小。     

机器人电弧熔丝增材制造扫描路径生成算法研究

针对快速成型中目前已有层片扫描路径生成算法的不足,在轮廓偏置扫描路径填充算法和分区扫描路径填充算法的基础上提出一种改良的基于偏置轮廓特征的分区扫描路径填充算法。首先判断层片轮廓环的内外性质,以此为依据获取边界处的偏置轨迹,并按分区扫描的方式得到偏置轮廓环内部待填充区域的轨迹,最终的成形路径中起停点明显减少且其中大多数扫描起点和终点位于制件内部。实验结果表明,在机器人电弧熔丝增材制造中,采用该算法的混合扫描方式可以有效改善成形质量,并在一定程度上提高成形效率。     

电弧增材制造的热源光谱分析

针对电弧增材制造构件成形过程中的热量累积问题,利用光谱分析的方法计算了非熔化钨极惰性气体保护电弧焊(TIG)电弧增材热源的温度场。利用基于高速摄影的光谱采集系统获取增材电弧的特征谱强度分布,提出了基于标准温度法计算非对称增材电弧温度场的模型,并利用Boltzmann法对其进行了验证。结果表明两种方法的计算结果具有较好的一致性。增材电弧中焊丝减小了电弧单侧的半径,并造成电弧温度降低300 K左右;增材一层电弧中心温度达到19500 K,增材11层电弧中心温度达到18000 K;随着增材层数的增加,由于构件的热累积及构件形态的变化均使得产生带电粒子所需的能量减少,从而使得电弧产热减少,电弧温度逐渐降低。     

电弧增材制造技术的研究进展

概述了电弧增材制造技术的基本原理,综述了电弧增材制造技术的发展历程、制造平台、熔化极气体保护焊、钨极氩弧焊等增材制造技术,以及成型过程监控技术等方面的研究进展;讨论了电弧增材制造技术的研究现状和发展方向.     

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。     

丝材电弧增材制造技术研究现状及展望

丝材电弧增材制造技术因其成形速度快、成形件尺寸灵活等优点受到越来越多的关注,尤其是大尺寸、复杂形状构件的高效快速成形,丝材电弧增材制造有着其独特的优势。介绍了丝材电弧增材制造技术的工艺过程,从丝材电弧增材制造成形件的成形工艺及表面质量研究、成形件组织性能研究以及成形件残余应力研究三个方面综述国内外丝材电弧增材制造技术的研究现状,总结该技术现阶段在航空航天领域的应用情况,指出研究人员对丝材电弧增材制造技术的相关研究工作聚焦于工艺优化和过程控制两个方向,怎样才能通过熔滴的平稳过渡获得高质量的成形件,如何有效控制逐层堆积过程中晶粒及显微组织变化,以抑制零件内部不良组织的产生是需要继续研究的问题。     

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。     

Al-Cu-Mg合金电弧增材制造技术研究

受限于铝合金商业丝材的种类,目前铝合金电弧增材制造技术研究主要集中于二元铝合金方面。本研究团队采用双丝电弧增材制造工艺,获得了不同合金组分的三元Al-Cu-Mg铝合金构件,并针对其成形、组织及力学性能等方面进行研究。结果表明:通过合理控制过程工艺参数,可获得良好构件成形;通过控制合金元素组分,可以实现对构件力学性能的有效调控;热处理工艺可以进一步提高构件的力学性能,为深入研究多元铝合金电弧增材制造奠定了基础。     

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。     

厚壁结构件电弧增材制造成形方法及工艺

采用弧焊机器人进行电弧增材制造，对厚壁结构件的增材制造焊接工艺进行研究. 基于传统分层理论，进行算法优化实现对厚壁结构件成形尺寸预测并加以分析，并在此算法基础上引入单焊道成形尺寸神经网络预测模型，提高预制件模型分层精度及实际焊接参数的最优选择；针对带有内孔等特征的厚壁结构件在成形过程中焊缝边缘下塌现象，提出了“边界约束”焊接方式并对层间焊接轨迹进行规划，提高了预制件表面成形质量.最后焊制具有说明性的实体件验证预测算法及轨迹规划的准确性. 结果表明，结构件成形良好，尺寸误差小于1 mm.     

大型钢结构多向钢节点电弧增材制造工艺

多向钢节点作为连接大型钢结构的关键构件,承载钢结构建筑各方向的力,对其安全性起至关重要的作用。基于七向钢节点结构特点,文中研究了电弧增材制造钢结构建筑的七向钢节点,采用分区成形、平曲面切片及摆动填充的路径规划方法,将其分为直臂圆管区、相贯区和支管延长区3个区域,相贯区包括两管相贯、三管相贯和四管相贯3种类型。直臂圆管区和支管延长区采用摆动工艺进行堆积,两管相贯、三管相贯和四管相贯区分别采用曲面切片的路径规划进行堆积。对堆积完成的构件进行成形精度检测、微观组织的观测和力学性能的测量。结果表明,七向钢节点构件成形尺寸偏差为±1.32 mm,成形精度较高。微观组织为铁素体和珠光体,构件的抗拉强度和屈服强度相对于同成分铸件分别提高了约30%和105%,电弧增材制造的七向钢节点满足使用要求。     

铝合金电弧增材制造技术研究进展

增材制造技术是制造业信息化、数字化、智能化的重要组成内容,而电弧增材技术在铝合金成形中具有较好的应用优势。从金属增材制造技术分类、发展历程、标准规范、技术原理等方面,对比分析了不同增材制造技术的优势与局限。特别介绍了以冷金属过渡技术为代表的电弧增材技术,讨论了电弧增材技术的自身优势与局限性,及其应用于铝合金结构件一体化制造的优势。从成形工艺、气孔缺陷、强韧化技术等多方面综述了国内外铝合金电弧增材技术的研究发展,介绍了目前国内外在铝合金电弧增材制造方向的研究工作以及遇到的主要问题,重点分析了铝合金电弧增材制造样品强韧化方法与效果,介绍了国内外的相关优秀案例。最后总结了未来铝合金电弧增材制造技术需要着重解决的问题与方向,包括原材料质量问题、几何精度问题、气孔、热裂纹和残余应力问题、组织和力学性能问题。