不锈钢旁路热丝等离子弧增材制造接头特性分析

以旁路热丝等离子弧增材方法为技术手段,开展304不锈钢电弧增材制造工艺试验,分析了工艺参数对增材成形的影响,并对沉积层的组织特征与力学性能进行了研究.结果表明,随着热丝电流的增加,流经工件的电流随之降低,电弧增材的沉积效率大幅提高,材料在反复快速加热后,得到充分的淬水和回火,沉积层内部存在大量奥氏体组织,接头硬度有所提高.拉伸试验结果表明,沉积态材料的平均抗拉强度为537.2 MPa,断面收缩率为59.4%,断后伸长率为33.8%,断裂形式为韧性断裂,可满足不锈钢增材制造的质量要求.     

铜/钢复合接头旁路热丝等离子弧增材特性分析

以旁路热丝等离子弧焊接方法为技术手段,选择304不锈钢和S201紫铜焊丝为增材材料,开展铜/钢复合接头电弧增材试验,研究增材顺序对异种金属增材成形的影响,对铜/钢复合接头的界面微观组织进行分析,并测试铜/钢复合接头的力学性能. 结果表明,采用先铜后钢的增材顺序,可有效防止铜/钢增材时的熔池塌陷问题,获得成形良好的铜/钢增材接头;由于泛铁现象的存在,铜/钢界面处的硬度和力学性能显著提高,复合接头的抗拉强度为256.8 MPa,断裂发生在铜侧,其断面收缩率为52.8%,断后伸长率为15.68%,断裂形式为韧性断裂.     

308L不锈钢热丝等离子弧增材构件组织和性能

随着增材构件重量的大幅度增加和形状复杂性的急速提升,增材时间成本占比越来越高,为了在保持焊枪达到尽可能多空间位置的基础上,提高熔敷效率,降低时间成本比例,提出了热丝等离子弧增材制造工艺.?分别采用冷丝等离子弧增材制造(CW-PAM)和热丝等离子弧增材制造(HW-PAM)两种工艺进行了50层直壁体增材对比试验,研究了HW...     

旁路耦合电弧增材制造热过程与组织关系

利用旁路耦合微束等离子弧焊,进行了ER304L不锈钢电弧增材制造的研究.通过进行组织观察和显微硬度测试,并结合增材过程中所测得的热循环曲线,分析了不同旁路电流、堆垛顺序对304不锈钢堆垛样组织和性能的影响.结果表明,旁路耦合微束等离子弧焊增材制造过程中,当旁路电流增大时,堆垛样组织的枝晶间距先减小后增大;堆垛顺序对组织的影响表现为,散热方向的不同导致了枝晶生长方向发生改变.试样的显微硬度沿着堆积高度方向缓慢降低,且随着旁路电流增大,硬度先增大后降低;同时堆垛顺序对硬度的影响并不明显.     

旁路等离子在航天用轴结构增材修复中的应用

以φ1.2 mm直径的H08Mn2Si焊丝为试验材料,采用旁路热丝等离子弧方法进行电弧增材制造工艺试验,对航天用轴结构件进行增材修复,获得了较好的成形效果。研究了层间温度对增材组织性能的影响规律。同时,利用光学显微镜、拉伸试验机和硬度分析仪等对修复接头的微观组织和力学性能进行了研究。结果发现,随着增材过程中层间温度的增大,熔池的冷却时间逐渐缩短,晶粒二次长大越来越明显,晶粒也越来越相对粗大,同时珠光体的含量也随之减小,靠近增材区的组织为细小的珠光体组织,而热影响区的组织明显粗大。另外,增材组织的硬度也随着层间温度的增加而增加。修复后材料的拉伸强度和硬度均高于母材,满足结构件的使用要求。     

旁路等离子在航天用轴结构增材修复中的应用

以φ1.2 mm直径的H08Mn2Si焊丝为试验材料,采用旁路热丝等离子弧方法进行电弧增材制造工艺试验,对航天用轴结构件进行增材修复,获得了较好的成形效果。研究了层间温度对增材组织性能的影响规律。同时,利用光学显微镜、拉伸试验机和硬度分析仪等对修复接头的微观组织和力学性能进行了研究。结果发现,随着增材过程中层间温度的增大,熔池的冷却时间逐渐缩短,晶粒二次长大越来越明显,晶粒也越来越相对粗大,同时珠光体的含量也随之减小,靠近增材区的组织为细小的珠光体组织,而热影响区的组织明显粗大。另外,增材组织的硬度也随着层间温度的增加而增加。修复后材料的拉伸强度和硬度均高于母材,满足结构件的使用要求。     

高强钢旁路热丝等离子弧打底焊接头组织和性能

采用旁路热丝等离子弧焊接工艺进行高强钢Y形坡口的打底焊,该工艺有效结合了等离子弧穿透能力强、电弧热丝熔敷效率高、旁路分流热输入可控的技术优势,对中厚高强钢板实现单面焊接双面成形. 结果表明,正面焊缝成形美观,无焊接缺陷;背面焊缝轻微突出,厚板完全焊透;经过反复的受热冷却,打底焊焊缝的微观组织得到细化.力学性能分析得出,热影响区硬度最低,焊缝区略高于母材区;打底焊焊缝的硬度高于填充焊和盖面焊;拉伸断裂发生在母材区,断口扫描出现韧窝,为韧性断裂.     

碳钢双丝与单丝等离子弧增材制造成形及组织特征分析

针对传统丝材等离子弧增材制造碳钢效率低、质量高的特点,提出了一种"双填丝+压缩等离子弧"增材制造工艺,并采用该工艺增材制造了试样,对比分析了双填丝与单填丝增材制造试样的成形尺寸、显微组织特征和力学性能.结果表明,相对于单填丝等离子弧增材制造工艺,采用新型双填丝等离子弧增材制造工艺,在相同的工艺条件下,熔敷效率提高了0.97倍;平均晶粒尺寸由18.75 μm细化到13.47 μm;试样纵向拉伸抗拉强度提高了62.64 MPa,横向拉伸抗拉强度提高了67.52 MPa;试样有效层的平均显微维氏硬度由158.95 HV0.5增加到175.34 HV0.5.     

低热输入高效成形电弧增材制造研究进展及展望

电弧增材制造作为金属增材制造技术的一个重要分支，以电弧为载能束采用逐层堆积的方式制造金属构件，因其制造成本低、成形效率高、材料利用率高等优势，在航空航天、国防领域具有广阔的应用前景。沉积层热输入与丝材熔化效率的解耦控制是推进电弧增材制造技术高效、高质量发展与应用必须解决的关键科学与技术难题。分析了热输入与成形效率强耦合的主要原因，重点阐述现有的高效成形方法、热积累控制方法、低热输入热源的研究进展与不足，指出了未来电弧增材制造低热输入高效成形的主要发展方向。     

旁路耦合三丝间接电弧增材制造成形特性

采用旁路耦合三丝间接电弧焊( bypass coupling triple-wire gas indirect arc welding,BCTW-GIA焊)进行Q345低碳钢增材制造. 利用高速成像设备研究了旁路电流变化对电弧特性的影响,并观察了对应的焊缝成形特性. 结果表明,随着旁路电流的增加,间接电弧占比逐渐减少,而直接电弧占比逐渐增加,焊接热输入逐步提升,焊缝的接触角逐渐减小. 当旁路电流为155 A时,可在表面成形良好的前提下得到铺展性最优的单道焊缝. 采用此参数进行单道多层增材得到了直壁墙体,沉积速率高达13.3 kg/h. 该增材制造方法具有较高的熔敷效率和较低的热输入,有利于改善增材试样的显微组织,并提高试样的平均硬度. 试样底部、中部及顶部区域的平均硬度分别为 186.80,172.44,176.04 HV.     

电弧增材制造控形改性技术研究进展

以电弧作为热源的电弧填丝增材制造技术(WAAM),使用金属焊丝作为熔覆材料,以层间堆焊的方式,可生产出焊接缺陷少、力学性能好的构件,在航空航天、船舶制造、生物医学等领域有重要应用前景。针对电弧增材制造过程中,表面成形精度及组织性能难以准确调控的难点,文中从控制电弧增材表面成形和组织性能两方面综述了国内外研究进展。按照在增材制造时调控手段的介入阶段不同,将调控手段分为在增材过程中的调控、在增材过程后的调控两大类,分别阐述各改善调控工艺技术的原理特点和存在问题及电弧增材制造形性调控未来发展方向。     

Hybrid additive manufacturing of metal laminated forming tools

Deep drawing dies are manufactured using metal sheets. Laser metal deposition is used for bonding the sheets and smoothening the edges. The strength and surface finish of the dies are the key challenges. Milling, roller burnishing, and laser treatment are applied as post-processing for improving the surface finish. A semi-analytical model is developed for selecting the sheet combination for sufficient strength. The new rapid prototyping process offers high flexibility for complex die geometries. The evaluation by deep drawing experiments using DC06 and high-strength HC380LA blanks revealed the feasibility of the new manufacturing routes regarding deep drawability and surface finish.     

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。     

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。     

Ultrasonic additive manufacturing of 4130 steel using Ni interlayers*

ABSTRACT

Ultrasonic additive manufacturing (UAM) is a solid-state manufacturing process for making complex components. However, fabrication of ferritic (body centered cubic) steels has been challenging for UAM due to its high hardness. This research successfully joined AISI 4130 steel sheets by using soft Ni (face centered cubic) interlayers. The localisation of plastic deformation in the Ni-interlayer leads to a significant reduction in voids. A post-process heat-treatment was designed using thermodynamic calculations to dissolve nickel into steel matrix. Energy dispersive X-ray spectroscopy measurements showed ～10 µm Ni from the interlayer diffused into the steel side, confirming the feasibility of the approach. The shear tests show a higher shear strength in comparison to as-processed 4130 without interlayers and post processed using hot isostatic pressing (HIP).     

高能脉冲精密冷焊的电弧特性和增材制造成形能力

进行了高能脉冲精密冷焊的电弧特性试验和各类零件的增材制造试验,根据脉冲电流和电压波形分析了脉冲电弧的特性,根据堆焊零件的成形情况分析了其增材制造成形能力。结果表明,高能脉冲精密冷焊的输出电流为脉冲方波,产生断续的脉冲电弧;其脉冲时间短,电弧能量密度高,冷却时间长,热输入小,零件变形小;在堆焊成形过程中,工件处于冷态,熔池存在时间短,不会出现焊缝熔池流淌现象,堆焊零件的成形精度高,具有复杂零件的增材制造成形能力;该方法可用于较小的几何形状复杂零件的增材制造,也可用于精密零件的增材制造成形修复。     

增材制造RAFM钢激光焊接头显微组织分析

局部工件采用增材制造技术成型再焊接完成装配是未来精密加工较为可行的方案之一. 采用激光焊对4种不同粒径粉末增材制造得到的低活化铁素体/马氏体钢板（reduced activation ferritic/martensitic steel,RAFM钢）进行焊接,分析激光焊接头显微组织演变特征.结果表明,粉末粒径小于25 μm的增材RAFM钢的道间未熔合缺陷在焊缝区得到修复,而热影响区与母材未熔合缺陷无法改善;粉末粒径为15 ~ 53,45 ~ 105 μm以及大于100 μm的增材RAFM钢的气孔缺陷在焊接过程中无法消除,焊缝区与母材皆有分布,后者的气孔数量和大小明显大于前两者;4种接头焊缝区微观组织皆为粗大的板条状马氏体,柱状晶生长至中心线相交,无等轴晶出现. 由增材制造工艺特点导致热影响区与母材区出现偏析带.近焊缝淬火区峰值温度较高,为细小的马氏体组织;远焊缝回火区产生二次回火的珠光体组织,且伴随部分晶粒长大.     

不锈钢增材制造件表面缺陷激光超声检测

利用激光超声技术检测增材制造件表面缺陷,采用有限元方法模拟热弹机制下激光激发超声波的传播过程,对不同探测位置接收的表面波反射信号进行了分析,研究缺陷的深度和宽度对表面波反射信号的影响。对316L不锈钢增材制造件进行了激光超声检测试验,验证了该模型的正确性。利用小波软阈值去噪算法处理采集到的激光超声信号。结果表明,数值模拟与试验结果基本一致,表面波与缺陷作用产生的RS波和RR波的到达时间差可以检测缺陷的深度,缺陷的宽度对检测结果几乎无影响。