不同CMT工艺2014-T6焊缝成形及气孔分析

分别采用3种不同的冷金属过渡(CMT)焊接工艺进行2014-T6铝合金平板堆焊成形,研究不同CMT工艺对铝合金焊缝成形特征及气孔的影响. 结果表明,保持送丝速度7.5 m/min、电弧长度和保护气体纯Ar流量25L/min不变,2014-T6铝合金常规CMT焊缝具有明显的指状熔深特征,焊缝气孔缺陷严重且呈全焊缝分布特征;脉冲CMT(CMT-P)焊缝的指状熔深特征减缓,气孔显著减少,焊接速度0.6 m/min时焊缝基本无气孔;变极性复合脉冲CMT(CMT-PADV)焊缝熔深仅约0.4 mm,成形呈显著球形特征,气孔明显减少,焊接速度0.4 m/min时基本无气孔.     

CMT焊接S32101双相不锈钢电弧稳定性研究

将焊接电弧电压差异系数的倒数作为评价电弧稳定性的指标,采用冷金属过渡(Cold Metal Transfer, CMT)电弧在S32101双相不锈钢板上进行平板堆焊试验,基于曲面响应法分析了不同焊接工艺参数(送丝速度、焊接速度、保护气体流量)及其交互作用对电弧稳定性的影响。研究结果表明,在焊接工艺参数范围内,电弧稳定性随送丝速度的增大先减小后增大,随保护气体流量的增大先缓慢增大后趋于平稳,焊接速度的增大对电弧稳定性影响不大;送丝速度对电弧稳定性的影响最明显,高送丝速度有助于提高电弧稳定性;在高送丝速度时,焊接速度和保护气体流量都有较宽的参数选择区间。     

基于纯氩保护气体的304不锈钢激光-CMT电弧复合热源焊接试验研究

利用高速摄像分别采集了纯Ar保护气氛下激光与CMT电弧复合前后的CMT电弧形貌。研究了在采用纯Ar保护气体焊接304不锈钢时的激光-CMT电弧复合热源焊接过程稳定性、焊缝成形、焊接效率、焊接接头的力学性能及组织特点,并将试验结果与304不锈钢TIG填丝焊进行对比。分析结果表明,纯Ar保护的激光-CMT复合热源焊接接头的综合力学性能与TIG填丝焊接头的综合力学性能具有相当的水平,但焊接效率可以提高5倍,因此在不锈钢、镍基合金等高性能金属材料的焊接中,用纯Ar保护的激光-CMT电弧复合热源焊接取代TIG填丝焊具有可行性。     

基于气泡浮出速度理论的CO2气体保护焊焊缝中气孔倾向探讨

CO2气体保护焊焊缝中气孔类型可以归纳为两大类(冶金反应型和析出型),气孔的性质分别为CO气孔、氢气孔及氮气孔.气孔的形成由气泡生核、长大、逸出三个阶段组成.CO2气体保护焊对气孔的敏感性是该工艺方法冶金特性所决定的.在工艺影响因素中,对气孔倾向影响较大的主要是焊接电流、电弧电压、气体流量、电源极性及焊接速度."焊接飞...     

层间高速摩擦复合WAAM铝合金构件组织与力学性能

为提高丝材电弧增材制造(wire arc additive manufacturing,WAAM)构件性能,提出了一种电弧增材制造复合层间高速摩擦(wire arc additive manufacturing hybrid interlayer high speed friction,WAAM-HSF)的方法. 采用直径1.2 mm的4047铝硅焊丝,使用WAAM-HSF方法进行薄壁构件制造,对比研究了WAAM和WAAM-HSF对铝合金薄壁构件的微观结构和力学特性的影响. 结果表明,WAAM和WAAM-HSF构件的微观结构中存在着大量的柱状树枝晶. 与WAAM相比,WAAM-HSF构件的微观结构明显细化. 同时,不同工艺的晶粒分布趋势一致,即晶粒直径在两个薄壁中从顶部到底部逐渐减小. 在相同区域,WAAM构件的晶粒尺寸大于WAAM-HSF构件. 通过破坏外延结晶的生长,达到细化晶粒的目的. 与WAAM相比,WAAM-HSF构件的平均断后伸长率减小了5%;但WAAM-HSF构件的平均显微硬度和平均抗拉强度则分别提高了9.96 HV和17 MPa.     

2219铝合金电弧增材制造组织及力学性能的非均匀性

2219铝合金电弧增材制造技术在航天领域具有广泛的应用前景。采用基于CMT工艺的电弧增材制造技术成形了2219铝合金单壁墙试样,并研究了沉积态、固溶态、固溶+时效态的显微组织与力学性能。结果表明显微气孔、θ(Al₂Cu)及富Fe脆性相在层间密集分布形成薄弱带,是导致水平方向和垂直方向力学性能各向异性的原因。垂直方向拉伸时,微裂纹易于在层间形成,塑性较差、抗拉强度较低。为提高WAAM成形的2219铝合金垂直方向力学性能,需尽可能降低丝材中的Fe、Si杂质含量。     

激光-数字化精确控制短路过渡电弧复合热源焊接技术——一种可取代TIG填丝焊的高效焊接新方法

提出了激光-数字化精确控制短路过渡电弧复合热源焊接新方法.以CMT(Cold Metal Transfer)电弧焊和激光-CMT复合热源焊接为例,利用304不锈钢平板堆焊,对比分析了CMT电弧焊及激光-CMT电弧复合热源的焊缝成形特点,研究了在采用纯Ar保护气体焊接304不锈钢时的激光-CMT电弧复合热源焊接过程稳定性、飞溅、焊缝成形特征、焊接效率及焊接接头的力学性能,并将试验结果与304不锈钢TIG填丝焊进行对比.分析结果表明,纯Ar保护激光-CMT复合热源焊接接头的综合力学性能与TIG填丝焊接头的综合力学性能相当,但焊接效率可以提高5倍,因此在不锈钢和镍基合金等高性能金属材料的焊接中,用纯Ar保护的激光-CMT电弧复合热源焊接取代TIG填丝焊具有可行性.     

氩氢保护下GMAW电弧特性的数值分析

以氩氢混合保护气GMAW焊接电弧为研究对象,依据流体动力学和电磁学理论构建了电弧的数学模型。使用有限元分析软件进行了热、电磁和流场的耦合计算,研究了二维稳态轴对称氩氢混合保护气下的GMAW焊接电弧形态,得到了Ar:H_2=3:1(摩尔比)混合气体保护下不同工艺参数焊接电弧的温度场、速度场、压力场和电势的分布特征,并与纯氩保护下GMAW焊接电弧特征进行对比。结果表明,加入氢气作为保护气体,电弧最高温度、速度、压力和电势都明显提高。另外,与纯氩相比,弧柱的高温区在中心轴线处更集中,且焊接电弧能量密度更高。     

D406A超高强度钢激光-TIG复合填丝焊接气孔特性分析

采用激光-TIG电弧复合填丝焊接6.6 mm厚的D406A超高强度钢，发现焊缝内部存在一定量气孔缺陷. 利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线探伤等方法进一步分析了焊缝内气孔形貌、分布特征及其形成机制，发现气孔内壁出现大量的C,O元素富集现象，根据线扫描分析与理论计算相结合，推测焊缝中气孔类型主要为CO气孔. 在此基础上，进一步探讨了焊接工艺参数对气孔率的影响规律，通过适当增大激光功率、减小送丝速度、增大保护气流量和提高焊接速度可以有效减少气孔，使气孔率降低到1%以下，为抑制D406A超高强钢激光-TIG电弧复合填丝焊接接头气孔提供理论基础.     

镁合金铸件氦-氩保护TIG焊修复工艺

镁合金因其较高的比强度而在诸多领域发挥重要的减重作用,且多为铸造构件,但镁合金铸件的缺陷问题成为制造瓶颈. 对镁合金铸件修复工艺进行研究,采用非熔化极惰性气体保护焊(TIG焊)探究此工艺下不同保护气体对TIG焊修复焊道的成形、组织特征及性能的影响,并通过不同氦-氩含量的保护气体下TIG焊电弧形态及电弧电压的研究,分析氦气含量对修复焊道熔深的影响. 结果表明,调整镁合金铸件TIG焊修复工艺保护气体中的氦气比例,会改善焊道形貌;增加保护气体中的氦气比例,将有效提高焊道熔深和深宽比;保护气体中氦气含量的改变对修复焊道组织、硬度无显著影响. 模拟缺陷修复试验结果表明,镁合金铸件氦-氩保护TIG修复工艺可以满足铸件浅层缺陷修复需求,增加保护气体中氦气含量可提高熔深,提高此工艺的适用性.     

CMT工艺及其热输入对Al-Cu合金焊缝成形和气孔的影响

采用四种冷金属过渡焊接工艺(CMT)分别在不同热输入水平下,使用ER2319焊丝进行AA2219-T851高强铝合金的平板堆焊成形,全面分析其焊缝成形和气孔分布特征。结果表明,常规CMT焊缝具有明显指状熔深特征,气孔缺陷严重并呈全焊缝分布状态;CMT-P焊缝母材熔化面积明显增加,气孔数量显著减少且在适当控制热输入时有助于消除气孔;CMT-ADV焊缝也具有指状熔深特征但熔深显著减小;CMT-PADV焊缝具有显著球形熔滴成形特征且熔深最小,两工艺低热输入和对焊丝表面氧化膜的清理作用有助于消除气孔。     

Effects of milling thickness on wire deposition accuracy of hybrid additive/subtractive manufacturing

ABSTRACT

A hybrid technique integrating wire arc additive manufacturing (WAAM) and milling was studied using Al5Si aluminium alloy. The results showed both the surface roughness and the machining allowance of this hybrid additive/subtractive manufacturing were reduced in comparison with pure WAAM when the milling thickness was in the range of 0.4–1.2?mm. The accuracy improvement was discussed in terms of the melt flow. It was found that after the surface was milled to a plane, the melt flow changed from the downward along camber surface to the outward and backflow on the plane. This change slowed down the velocity of melt flow, and then reduces the fluctuation of the side profile of deposited thin wall.     

Al-Si-Mn Alloy Coating on Aluminum Substrate Using Cold Metal Transfer (CMT) Welding Technique

The cold metal transfer (CMT) process was explored as a weld overlay technique for synthesizing Al-Si-Mn alloy coating on a commercially pure Al plate. The effect of welding speed on the bead geometry, deposition rate, and the dilution were studied and the best parameter was used to synthesize the coatings. The CMT process can be used to produce thick coatings (>2.5 mm) without porosity and with low dilution levels. The Vickers hardness number of the Al substrate increased from 28 in the bulk to 57 in the coating. It is suggested that the CMT process can be an effective and energy-efficient technique for depositing thick coatings and is useful in weld repair of aluminum alloy components.     

Al-6.3CuAC-GTAW电弧增材成形的气孔控制

采用AC-GTAW工艺进行Al-6.3Cu铝合金电弧填丝单道多层成形试验,针对不同热输入、空气和氩气两种环境及不同送丝速度条件,研究过程参数及环境气氛对成形件内部气孔的影响。结果表明,热输入对气孔的影响最大,控制热输入能减少试件中气孔数量和大小;在适当控制热输入条件下,采用氩气环境和低送丝速度可显著减少内部气孔缺陷。试验发现,I=125 A,vTS=0.30 m/min,氩气环境下,vWFS=2.0 m/min时,气孔数量最少,尺寸最小。     

The effect of atmosphere on the composition of wire arc additive manufactured metal components

ABSTRACT

The effects of atmospheric contamination on wire arc additively manufactured (WAAM) components were studied by producing AM multilayer parts under controlled conditions. Gas impurity levels were maintained using an argon purge box at levels from atmospheric (210,000?ppm O₂) to 1?ppm O₂, and with corresponding levels of nitrogen. Stainless steel (308L), titanium (Ti–6Al–4V) and pure Ta were studied, each having different affinities for oxygen and nitrogen. Results show that WAAM parts made in air produce unacceptable oxygen and/or nitrogen levels for most applications. However, with moderate purging, all three metals can be deposited by WAAM with compositions similar to the starting wire, and the results are used to provide recommended minimum purge box atmospheres for each metal.     

Characterisation of the cold metal transfer (CMT) process and its application for low dilution cladding

The process characteristics of the synergic cold metal transfer (CMT) process have been examined for welding aluminium alloy. Utilising a simple backlighting system and through the arc monitoring the droplet transfer modes were identified. Whilst the modified short circuit mode was evident for the lower parameter range, a two part transfer mode based upon a combination of spray and short circuit transfer was observed for the mid to upper parameter range. The technology was also explored as a cladding process for applying to ternary alloyed (Al-Cu-Mg) aluminium plate. This alloy system is known to be susceptible to solidification cracking when MIG welded using the binary Al-2319 (Al-Cu) filler wire, this being due to the wide element freezing range of the weld resulting from mixing with the base material. Utilising this filler, weld dilution ratios for both CMT and pulsed welding were identified across the examined parameter range. The CMT process exhibited greater control of dilution that enabled deposition of a quasi-binary (Al-Cu) layer exhibiting a less crack susceptible composition. Onto this layer conventional MIG welding could be applied which could potentially eradicate cracking using a binary filler wire.     

基于冷金属过渡的电弧增材制造钛合金螺旋桨成形机理及组织性能

通过对基于冷金属过渡(CMT)的电弧增材制造成形过程中电弧形态、电流电压同步信号和熔池形貌的同步检测分析,研究了电弧不同阶段的熔滴过渡形式和熔池金属的受力状态,探明了悬垂结构成形过程中的熔池金属的受力机制,实现了钛合金螺旋桨的成形,并分析成形后的组织性能。研究结果表明,通过对CMT电弧热输入和电弧力的精细控制,能够在无支撑条件下实现螺旋桨叶片的快速成形,同时获得良好的力学性能。在本研究条件下,钛合金CMT增材制造过程中熔滴过渡主要以短路过渡的形式进行,降低基值和短路阶段的焊接电流能够增加悬垂结构倾角,且当I基值/I峰值小于0.3时,钛合金螺旋桨最大倾角达到53.26°。基于优化后的工艺成形船用Ti6321合金,内部组织致密且无贯穿式的粗大柱状晶,力学性能达到同级别锻件标准,水平方向和竖直方向的各向异性不明显。     

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...