搭接中心距对电弧增材熔池流动及熔积层形貌影响的数值模拟

搭接中心距对电弧增材搭接熔积的熔池流动及熔积层形貌有重要影响,为探究其影响机理,建立了钨极气体保护焊(Tungsten inert gas welding, TIG)电弧增材成形过程的三维数值模型,研究了不同搭接中心距对熔池流动及熔积层形貌的影响。结果表明：不同搭接中心距下熔池表面温度峰值相近,约为1900 K,表面流速呈非对称的双峰式分布。当搭接中心距小时,由于第一道焊道的支撑作用,使得第二道焊道横截面熔池流动和形貌不对称,熔池深而窄,熔池流动为单向的顺时针环流,左侧流速普遍大于右侧;随着搭接中心距的增大,第一道焊道的支撑作用逐步减弱,使得搭接焊道横截面熔池流动逐渐变为以第二道焊枪中心线为对称轴,左侧顺时针、右侧逆时针的两个环流,两侧流动逐渐对称,搭接熔池宽度逐渐增大、深度逐渐减小,两焊道逐渐分离并出现波谷,当搭接中心距为6 mm时熔积层形貌最平整。模拟与试验结果基本吻合,本研究结果可为电弧增材工艺参数调控提供理论支撑。     

双脉冲电弧增材制造数值模拟与晶粒细化机理

电弧增材制造具有成本低和效率高等优点,然而其晶粒细化的研究鲜有报道. 使用自行研制的熔化极气体保护焊电源实施了双脉冲电弧增材制造试验,通过数值模拟预测了晶粒细化现象,试验结果验证了双脉冲电弧的晶粒细化作用. 结果表明,由于熔池的膨胀,熔池尾部出现了重熔化现象. 在与单脉冲电弧热输入相同时,重熔化现象导致双脉冲电弧能够产生更高的冷却速度,并且细化晶粒. 因此,可以通过改变脉冲参数而不是传统地改变热输入来细化晶粒.     

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。     

铝合金CMT电弧增材制造残余应力分析

文中基于热弹塑性力学理论,建立铝合金冷金属过渡(CMT)电弧增材制造筒状形件残余应力三维有限元分析模型。通过Ansys有限元软件对铝合金形件残余应力进行模拟计算,研究其分布特征,并将残余应力的计算结果与试验结果相对比,验证模型准确性。研究结果表明,铝合金CMT电弧增材制造筒状形件整体径向和轴向残余应力较小;而环向残余应力集中在形件下部区域,表现为拉应力,应力峰值约为300 MPa;随着高度的增加,环向拉应力减小为压应力,峰值约为-104 MPa; Von-Mises等效残余应力在形件厚度方向上分布均匀;在高度方向上呈先增大后减小特性;形件底部区域应力较大,峰值约为276 MPa,与材料屈服强度相近。     

反极性弱等离子弧丝材熔积增材制造现状与展望

反极性弱等离子弧增材制造具有制造周期短、制造成本低、工件可靠性强等特点,具有广阔的应用前景。介绍了3种反极性等离子弧丝材熔积增材制造方法的基本原理和应用现状,并分别从控制系统、焊接设备、焊接材料等3大方面综合论述了等离子弧增材制造的发展现状和存在的问题,分析了反极性等离子弧增材制造的发展方向。     

高氮钢CMT电弧增材制造多道搭接表面质量评价

针对电弧增材制造成形问题,提出基于三维表面粗糙度参数的零件表面质量评价方法. 以高氮钢为例,采用CMT工艺进行多道搭接试验,通过三维扫描设备提取零件表面信息,计算表面轮廓均方根偏差S_q和轮廓偏斜度S_sk,对比计算所得数据与实际表面成形情况,并利用所提出的方法研究了增材制造过程中电弧摆宽对多道搭接表面质量的影响. 结果表明,此评价方法所得数据规律与实际成形情况基本吻合,具有较好的适应性和科学性. 根据数值S_q和S_sk大小可将成形表面质量由优到差分为A,B,C,D 4个等级. 电弧增材制造的热输入和电弧摆宽对成形表面质量影响较大. 在热输入较大时,电弧摆宽为15和10 mm时,熔敷焊道余高小、宽高比大,搭接成形更好.     

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。     

激光辅助电弧增材制造应力场数值模拟分析

采用数值模拟与试验验证相结合的方法对激光辅助电弧复合增材制造过程中的应力以及变形进行模拟与分析.分析了激光辅助电弧复合增材制造的应力场演变规律,并在此基础上研究了堆积方式、激光功率对残余应力以及变形的影响.结果 表明,成形件残余应力整体上呈现拉应力,中间部分为拉应力,靠近基板处为压应力.交错式堆积路径下成形件残余应力小...     

TIG电弧增材熔池行为的数值模拟研究现状

TIG(钨极惰性气体保护焊)电弧增材制造由于其材料利用率高、成形效果好等显著优势,已成为制造业研究的热点。本文从数值模拟的角度,着重总结了TIG增材熔滴过渡、热累积和熔池行为3个方面的重要结果。成形工艺参数决定熔滴过渡形式和频率,而熔滴的过渡形式和过渡频率直接影响沉积层的成形质量;热累积影响着成形件的微观组织和应力,可通过控制层间冷却时间来减少热累积;在进行TIG增材熔池数值模拟时,多选择高斯热源和双椭球热源模型。基于以上对TIG电弧增材制造的分析研究,对TIG电弧增材制造的研究方向进行了展望,主要包括建立熔滴与熔池的物理耦合模型和改进电弧热源模型两方面。     

TC4钛合金电弧增材制造叠层组织特征

采用CMT电弧增材制造技术制造了TC4钛合金薄壁墙构件,并对其组织特征进行了研究. 结果表明,在电弧增材制造过程中,受其热输入、多次热循环及冷却速度的影响,在其构件中产生了从高温保留下来的贯穿数个堆积层的原始β柱状晶晶界、水平层带条纹、马氏体组织和网篮组织等. 显微硬度显示,中下部区域硬度相对较高,平均硬度为336HV 0.1,上部显微硬度有明显降低,平均硬度为323.3HV 0.1.     

熔滴主动靶向的激光间接电弧复合增材制造技术初探

对制造精度和效率相矛盾的原因进行了分析,为解决此矛盾,提出了一种新型的熔滴主动靶向的激光间接电弧复合增材制造技术.该技术利用交流双丝间接电弧能量熔化金属丝材实现高熔敷率,利用熔滴主动靶向激光,脉冲激光辅助定量的熔滴定点过渡到熔池保证成形精度.文中对固定质量的熔滴交替形成在固定位置进行了建模分析和初步试验研究,结果表明,通过控制送丝速度和电流频率,可实现双丝交替定点定量熔化,为熔滴主动靶向激光提供了先决条件.     

电弧增材制造数控机床电气控制与策略

在老旧数控铣床改造为电弧增材制造机床过程中,系统研究了基于PMAC Clipper卡、S7-200 Smart PLC、交换机、计算机的电气控制与策略,分析了采用RS485通讯和模拟量实现焊机控制的优缺点,并分别通过两种模式制备了低碳钢零件和铝镁合金零件.设计了基于HCNR201线性光耦的双通道电压采集模块,实现了堆积...     

电弧微铸锻复合增材制造Safra 66铝合金组织及性能的研究

利用电弧微铸锻复合增材制造装置直接成形了Safra 66铝合金制件,对电弧自由熔积成形与电弧微铸锻复合成形的Safra 66铝合金的组织特征和力学性能进行测试和分析,对比研究了微铸锻复合成形的断口形貌.结果 表明:与自由熔积成形相比,微铸锻复合成形工艺可使Safra 66铝合金的组织更加均匀,晶粒得到整体细化,屈服强度...     

铝合金电弧熔积成形机器人增材制造系统

基于KUKA机器人搭建铝合金CMT增材制造系统,在Robotmaster离线编程软件中建立虚拟机器人工作场景,对成形零件进行分层、轨迹规划、模拟仿真及程序生成,使用CMT冷金属过渡焊接工艺进行铝合金零件增材制造试验,利用二次回归通用旋转组合方法设计试验,对熔敷工艺参数(送丝速度、喷嘴高度、焊接速度)与熔敷层宽度、高度的成形规律进行研究,建立熔敷层尺寸的预测模型。通过铝合金零件成形试验对模型精度进行验证,发现该模型预测效果好,成形铝合金零件精度高。     

基于温度函数法的铝合金电弧增材制造残余应力与变形数值模拟

电弧增材制造是制造大型复杂铝合金部件的新方法,但残余应力和变形对制造件的性能有重要影响. 建立了铝合金电弧增材制造件残余应力和变形的顺序热-力耦合有限元模型,采用移动热源法计算了增材过程的温度场,根据峰值温度的分布和演变特征确定了温度函数的提取方案,并分别采用移动热源法和温度函数法进行了残余应力和变形计算.结果表明,1段,3段,5段温度函数法分别将力学分析时间缩短91%,79%,63%,残余应力和基板变形误差均在20%以内,在满足计算精度的前提下显著提高了计算效率,为大型铝合金电弧增材制造件残余应力与变形的预测提供了途径.     

不锈钢基体电弧增材制造低合金钢组织性能研究

通过电弧增材制造技术在304L不锈钢基体上堆敷低合金钢,实现不锈钢-低合金钢复合结构的制备,并对熔覆层的成形组织及硬度分布进行分析.通过组织分析发现,顶层为柱状晶,中间层区域由粗晶区和细晶区组成,熔覆层底部区域主要为等轴晶组织.在熔覆层与304L基体界面处生成凝固过渡层,由于元素扩散,靠近此过渡层的304L一侧在奥氏体...     

送丝速度对电弧增材熔池流动及焊道成形影响的数值模拟

通过数值模拟研究了不同送丝速度下电弧增材制造单道熔积成形过程中的传热传质及熔池流态,分析了送丝速度对焊道形貌的影响.结果表明,当送丝速度较小时,基板接受的电弧热较多,熔池的熔深较深且流动性较强,成形焊道较宽且高度较低;随着送丝速度的增大,熔融金属向上堆积,熔池体积增加,送丝速度达到一定值时,电磁力与表面张力达到动态平衡,熔深与焊道高度接近;当送丝速度较大时,液态金属对流减弱,熔深较浅,在表面张力的作用下,熔池边缘收缩导致焊道隆起.模拟与试验结果吻合较好,研究结果可以为GTAW电弧增材技术的工艺参数调控提供理论依据.     

电弧熔丝增材制造钛/铝复合材料的组织与性能

通过基于冷金属转移的电弧熔丝增材制造技术制备了铝/钛复合材料. 观察到钛/铝结合界面存在元素扩散,形成一定厚度的中间反应层,表明界面结合良好. 同时,通过硬度测试得到界面附近的硬度介于钛侧与铝侧之间,这主要是由于元素扩散导致界面附近生成了硬脆金属间化合物. 考虑到不同的复合比会导致不同力学性能,通过拉伸试验,研究了复合比对带缺口的钛/铝复合材料拉伸力学性能的影响规律. 结果表明,在持续拉伸载荷作用下,钛/铝复合材料的两组成层之间相互影响. 随着复合比的增加,抗拉强度和屈服强度增加,断后伸长率由于受钛铝之间冶金反应的影响较大,当钛/铝试样具有较低复合比时,其断后伸长率甚至小于单一沉积铝,随后才随着复合比的增加而增大. 另外,运用ABAQUS补充了多组复合比下钛/铝复合材料的拉伸过程,得到了复合比与屈服强度和抗拉强度的关系式.     

电弧增材制造过程的外形控制优化

电弧增材制造由于其高堆积速率、高材料利用率、低设备费用及可制造大型构件的能力而广受关注,但由于电弧增材制造在同向堆积时存在起弧处堆积高、熄弧处堆积低的问题,影响了电弧增材构件的外形精度。基于现有设备,通过优化电弧增材制造过程中的堆积策略,从而显著改善堆积件的外形精度。相较于未优化,优化后的堆积件起弧处相较于正常段高度降低20.5%,熄弧处相较于正常段高度增加44.5%,起弧处与熄弧处的高度差减少36.4%。     

2219铝合金CMT电弧增材熔滴过渡行为

在冷金属过渡(cold metal transfer,CMT)电弧增材制造过程中,熔池的流动行为极易受到电弧和熔滴的影响,从而严重影响堆积层的稳定性和成形件质量.该文利用高速摄影结果及电信号参数波形图,引入热输入量计算公式,从特征电信号、熔滴过渡特征量、热输入量等方面定量分析了CMT+P模式下送丝速度及脉冲修正系数对熔滴过渡过程及单道成形形貌的影响,同时分析了脉冲变极性冷金属过渡(Advanced CMT,CMT+PA)模式下送丝速度及控制面板上的EP/EN修正系数η对熔滴过渡过程及单道成形形貌的影响,为后续工艺优化提供参考和指导.