多向钢节点电弧增材制造药芯丝材开发及应用

开发了一种用于多向钢节点电弧增材制造的金属粉芯型药芯丝材,研究了其在不同工艺规范与摆动条件下的工艺性能、显微组织与力学性能。结果表明:开发的药芯丝材在不同工艺规范与摆动条件下堆积金属两侧平直,表面平整,未出现裂纹、气孔等缺陷,具有良好的成型性;堆积过程中电流波动幅度不超过±3.5%(±7.5 A),电压波动幅度不超过±4.0%(±0.9 V),波动较小,电弧稳定,飞溅率低于2.5%;堆积金属的显微组织为铁素体和珠光体,其拉伸强度、延伸率和20℃冲击功,沿堆积方向分别为512 MPa、25%和127 J,沿垂直于堆积方向分别为519 MPa、24%和134 J。利用开发的药芯丝材电弧增材制造六向钢节点,制造的构件尺寸偏差在±1.3 mm以内,成型精度较高;其显微组织也为铁素体和珠光体,力学性能满足使用要求,开发的药芯丝材可用于多向钢节点电弧增材制造。     

六向钢节点摆动电弧增材制造及其承载性能

根据六向钢节点结构特点,采用分区成形、平面切片以及摆动与偏置填充的策略制造。为了避免钢节点已成形部分与弧焊枪的相互干涉,将六向钢节点分为直壁圆筒区、两管相贯区和三管相贯区。直壁圆筒区采用摆动填充,两管相贯与三管相贯区分别采用轮廓偏置填充与混合路径填充。合理的成形策略与摆动电弧增材制造工艺,使成形的六向钢节点有良好力学性能与高的成形精度,摆动电弧增材制造六向钢节点整体尺寸偏差为（±1.30）mm。有限元分析和台架测试电弧增材制造六向钢节点在实际工况条件下相贯区的最大应力为36.7MPa,远小于堆积金属屈服强度,始终处于弹性状态,具有高的承载性能。     

ER120S-G高强钢电弧增材制造的工艺优化

针对ER120S-G高强钢电弧增材制造搭接间距的工艺优化问题,采用脉冲熔化极气体保护焊(GMAW-P)工艺,对5组单层焊道进行Canny边缘提取和高斯平滑滤波,并选用不同函数对单道形貌进行拟合。比较了常规搭接模型和优化的斜顶搭接模型,并计算出它们的最优搭接间距。研究结果表明,对于高强钢GMAW-P工艺,采用正弦函数拟合焊道边缘的效果最佳,并且采用优化的斜顶搭接模型得到的最优搭接间距为0.66倍的单道宽度。基于上述优化结果试验成形了多层多道块体样件,成形表面质量良好无缺陷,块体组织主要为针状铁素体、粒状贝氏体以及M-A组元等,抗拉强度呈现一定的各向异性。     

PCA-TOPSIS法在不锈钢电弧增材工艺参数优化中的应用

为了提高不锈钢电弧增材工艺的增材效率,利用308不锈钢丝材在304不锈钢基体上进行电孤增材.利用正交试验法设计工艺参数,运用光学显微镜分析增材组织的形貌,通过显微硬度计测试增材组织的显微硬度分布.依据熔覆层的熔池尺寸,采用PCA-TOPSIS法作为评价方法.以熔宽、余高最大,熔深最小为优化目标,通过MATLAB计算得出...     

激光增材制造过程低碳建模与工艺参数优化

激光增材制造是基于高能激光束快速熔覆金属粉末成形的工艺,其工艺过程时间长、能耗大会导致产生大量碳排放,基于此,系统分析激光增材制造过程的碳排放特性,建立激光增材制造过程碳排放模型;在此基础上,以碳排放、粉末利用率及熔覆质量为优化目标,建立激光增材制造过程工艺参数多目标优化模型,提出一种结合改进非支配排序与人工鱼步长人工鱼群求解算法,解决模型求解后期寻找参数解集盲目性大、目标函数解集均匀性差问题,通过熵权-灰色关联分析综合Pareto最优解集法获取最优工艺参数组合。最后,以LDM4030激光增材制造装备为试验平台进行激光熔覆试验,试验结果表明：该模型及算法可有效降低激光增材制造过程碳排放,提高粉末利用率,保证熔覆质量,为我国激光增材制造装备产业实现碳达峰、碳中和提供一条有效途径。     

电弧熔丝增材制造460 MPa级建筑钢十向节点用药芯丝材的开发及应用

基于Q460钢的名义成分设计了电弧熔丝增材制造建筑钢十向节点专用药芯丝材的成分,制备了药芯丝材并研究了其工艺性能;利用该药芯丝材,采用电弧熔丝增材制造技术制备建筑钢十向节点,研究了其尺寸精度、组织和力学性能。结果表明:试验制备药芯丝材在电弧熔丝增材制造过程中的电弧稳定、飞溅小,堆积金属无裂纹、气孔等缺陷;采用该药芯丝材电弧熔丝增材制造建筑钢十向节点的成形精度符合要求,组织主要由细小铁素体和少量珠光体组成,其拉伸性能、室温和-40℃冲击性能均满足传统Q460钢十向节点的力学性能要求。     

ER316L不锈钢电弧增材制造扫描路径优化研究

为优化电弧增材成形性能、提高增材质量和效率,对电弧工艺参数及增材扫描路径规划进行研究。在单层多道和路径搭接等焊道成形实验基础上,确定合适的焊道成形工艺参数。通过使用多种不同扫描倾角的zigzag路径算法对模型截面进行填充,并采用深度优先搜索(DFS,deep-first search)算法对zigzag扫描路径分区进行起熄弧点连接,进一步利用蚁群算法对电弧增材空行程长度进行优化。试验结果表明,焊缝搭接的送丝速度为5 m/min,最优多道搭接间距为0.739w,复合路径搭接间距为0.577w,当zigzag扫描倾角为135°时,DFS分区连接算法优化效果最好,优化后的扫描路径规划算法可以实现对ER316L链轮模型的稳定增材成形,同时提高了成形件的成形精度和成形效率。     

一种电弧增材制造系统及沉积层性能研究

为了跟上国内外电弧增材制造技术迅猛发展势头,采用从设备研制到实验验证的方法路线,介绍了一种基于机器人的增材制造系统的硬件选择及软件设计,并利用该增材制造系统增材制造出耐磨钢直臂件,对增材件性能进行测试。结果表明,该制造系统具有修改增材制造工艺参数方便、成形效果良好、成型精度较高等优点。项目开展的基础性研究对于金属丝材电弧直接制造系统的开发和技术的推广及应用具有重要的理论参考和实际指导意义。     

钛合金电弧增材制造国内外研究的发展现状

随着增材制造技术的创新和不断发展,钛合金电弧增材制造广泛应用于各个领域,涉及航空航天、船舶、汽车、生物医疗、化工以及模具制造等.当前,很多研究学者对钛合金增材制造技术进行了深入研究,在钛合金电弧增材制造研究方面已取得了一定成果.基于此,综述当前国内外钛合金电弧增材制造技术研究现状,并对钛合金电弧增材制造技术的运用以及未...     

电弧增材工艺参数对成形质量的影响

基于电弧增材逐层熔覆特性,单焊道成形质量对多层多道堆积成形具有重要影响。本文通过正交试验方法研究了TIG电弧增材技术中工艺参数对焊道余高及熔宽的影响规律,建立了焊道几何尺寸的数学模型。在此基础上进行了单道多层堆积及多道搭接实验,研究了其微观组织及显微硬度。结果表明:单层搭接时道间冷却充分,重叠部位分区明显,焊道两侧硬度大,不完全重结晶区域硬度较低;层间冷却5 s时堆积层分层不明显,顶层为片状组织,中下层大致为等轴晶组织,靠近基板的焊缝区硬度最大。     

5CrNiMo钢表面电弧增材制造梯度结构用药芯丝材的研制及应用

设计了用于5CrNiMo钢表面电弧增材制造梯度结构(打底层、过渡层、硬面层)的3种药芯丝材,研究了基体及梯度层的显微组织、拉伸性能、磨损性能和结合性能,并对发动机高温合金盘用梯度结构模具进行了电弧增材制造。结果表明:3种药芯丝材均具有良好的成形性,不同金属层界面结合良好,结合强度均高于1 000MPa;过渡层和硬面层组织中弥散分布着细小的碳化物;5CrNiMo钢、打底层、过渡层、硬面层的抗拉强度、屈服强度和硬度依次增大,而梯度层的断后伸长率和断面收缩率依次减小;700℃下,硬面层的磨损率较5CrNiMo钢的降低了35.29%,硬面层具有良好的耐高温磨损性能;使用设计的药芯丝材电弧增材制造的高温合金盘用梯度结构模具的使用寿命为单一5CrNiMo钢模具的4倍以上。     

GH4099高温合金电弧增材制造工艺研究

研究了GH4099高温合金电弧增材制造材料的显微组织及力学性能,结果表明:GH4099高温合金电弧增材制造过程中材料流动性较差,需采用He气进行保护才能满足成形需求;电弧增材制造组织呈现出较为明显的各向异性,其中垂直于增材方向呈现出连续的列状枝晶,而平行于增材方向则呈现出等轴晶组织,在等轴晶内部存在着树枝晶亚结构,大量γ′强化相及MC碳化物弥散分布在等轴晶晶界和晶粒内部;经常温与900℃高温力学测试,GH4099高温合金电弧增材制造材料抗拉强度和常温断后延伸率均满足GB/T 14996—2010《高温合金冷轧板》标准要求,但900℃高温断后延伸率低于标准要求。     

电弧熔丝增材制造铝合金零件中气孔的研究现状

电弧熔丝增材制造铝合金中的气孔会产生应力集中,导致初始裂纹萌生和扩展,造成力学性能变差.介绍了电弧熔丝增材制造铝合金零件中气孔缺陷形成的原因,阐述了保护气体、焊接速度、送丝速度、金属丝材、热输入、轧制和热处理等工艺条件对气孔率的影响,并对降低电弧熔丝增材制造铝合金零件中气孔率的今后研究方向进行了展望.     

GH4169高温合金电弧增材制造焊道成形尺寸预测

采用GH4169高温合金焊丝进行钨极惰性气体保护焊电弧增材制造,采用二次回归通用旋转组合方案建立了焊接电流、焊接速度、送丝速度与单道多层焊道层宽、层高尺寸关系的预测模型,并对计算结果进行了试验验证。结果表明：单道多层焊道层宽和层高预测模型的最大相对误差分别为5.22%,5.82%,表明所建立的预测模型具有较高的可靠性;焊接速度、焊接电流和送丝速度对单道多层焊道成形尺寸的影响是相互耦合的,对单道多层焊道层宽影响最大的因素为焊接电流,对层高影响最大的因素为送丝速度。     

电弧增材制造NiTi形状记忆合金成形与性能

基于电弧增材制造(Wire arc additive manufacturing, WAAM)技术,以NiTi丝(Ni 50.50 at.%)为堆积材料制造形状记忆合金薄壁构件,研究其组织成分、相变特征和力学性能。结果表明,由于不同的热循环条件,沿试样高度方向上每道沉积层微观结构不同,第一沉积层为较大的等轴晶,随着热量累积,晶粒生长趋向为更细小的等轴形态,层间为柱状晶。室温下,试样是奥氏体相(Ni51.10at.%),与丝材相比,电弧增材制造的构件硬度较高且具有更宽的温度变化范围和相变滞后现象。试样拉伸强度约为611.30MPa,延伸率约为19.50%,具有较好的断裂韧性。试样在第一次加载-卸载循环时塑性应变仅为1.01%,8个循环后塑性应变趋于稳定,约为2.68%。     

激光约束电弧熔丝增材制造构件表面粗糙度研究

通过研究不同工艺参数下激光调控电弧的行为,发现激光可以压缩电弧,使得电弧稳定,激光对电弧有调控作用;进而分析不同工艺参数下激光对堆积层稳定性的影响以及激光约束电弧熔丝增材制造构件的表面粗糙度。研究发现相较于熔化极活性气体保护电弧焊(Metal Active Gas Arc Welding,MAG)作用而言,激光作用后,堆积层稳定性得到提高,并且小规范参数下,构件表面粗糙度Ra值由150.178μm降低到53.521μm;中等规范参数下,构件表面粗糙度Ra值由71.328μm降低到41.498μm;大规范参数下,构件表面粗糙度Ra值由110.163μm降低到82.352μm。     

高性能镁合金电弧增材制造技术研究现状与展望

高性能镁合金已成为运载装备轻量化的重要发展方向之一,而镁合金因其自身活泼的性质和较差的室温加工性,在传统制造技术中受到了很大限制。最近电弧增材制造技术因其沉积速率高、制造空间大、成形稳定、过程安全等特点成为高性能镁合金先进制备的重要手段之一。因此,系统综述了目前电弧增材制造镁合金的研究现状,重点综述了目前电弧增材制造技术以及其沉积态镁合金在成形、组织与性能上的特点。同时针对镁合金在制备过程中的热循环、热累积、性能薄弱等问题,总结了制备过程中的原位加工、镁合金焊丝设计、电弧成形精度控制与热处理优化等研究与现状。并根据已有研究指出了电弧增材制造镁合金存在的瓶颈问题并提出该领域需要发展与改进的方向。     

电弧增材制造中铝合金的应力与变形的模拟

铝合金在航天工业中有着重要地位,其强度适中,塑性好,密度低,具有较强的抗腐蚀性,且抗裂纹能力好。但在焊接过程中产生的残余应力和由其引起的焊接变形对材料的成形质量有很大的影响,为了克服这一问题,本文通过有限元模拟的方式不同工艺参数的电弧增材制造过程进行了计算并绘制成曲线图进行分析讨论。研究了焊接残余应力及焊后变形受工艺参数影响的规律,认为通过调整焊接热输入可以在一定程度上实现对残余应力及变形的控制。