基于開源切片路徑規(guī)劃的機(jī)器人電弧增材制造系統(tǒng)/洪恩航, 等. 焊接學(xué)報(bào), 2021, 42(11): 65-69.

為提高電弧增材制造的靈活性和路徑規(guī)劃可靠性,使用ABB IRB1410工業(yè)機(jī)器人和Fronius CMT TPS3200焊接電源,通過Python自主編程利用開源切片軟件Cura,成功搭建了電弧增材制造系統(tǒng),自主開發(fā)了電弧增材制造軟件,并進(jìn)行了4043鋁合金電弧增材成形.結(jié)果表明,自主開發(fā)的電弧增材軟件能夠讀取開源切片軟件Cura輸出的二維路徑數(shù)據(jù),并進(jìn)行轉(zhuǎn)換和輸入工業(yè)機(jī)器人,控制焊槍運(yùn)行路徑和焊接電源運(yùn)行參數(shù),有效實(shí)現(xiàn)電弧增材制造.使用直徑1.2 mm的4043鋁合金焊絲,在送絲速度為3.2 m/min、焊接速度8 mm/s、層高1.65 mm、氬氣保護(hù)氣體流量15 L/min條件下,分別成功制備71層單道多層試樣和58層單道多層殼體零件.試樣微觀組織分析結(jié)果表明,成形件凝固組織為典型柱狀晶,層與層之間搭接良好.殼體零件形狀完整、表面質(zhì)量良好.

預(yù)熱溫度對(duì)GTA增材制造鈦鋁合金組織及性能的影響/蔡笑宇, 等. 焊接學(xué)報(bào), 2021, 42(10): 14-21.

高溫結(jié)構(gòu)材料TiAl金屬間化合物的可加工性較差,復(fù)雜結(jié)構(gòu)成形技術(shù)難度大,制造成本高.電弧增材可以實(shí)現(xiàn)TiAl基合金的原位低成本柔性制造,但制造過程中仍需注意裂紋控制問題.預(yù)熱處理通過改善組織可以有效抑制裂紋產(chǎn)生.文中以Ti6Al4V與ER1100純鋁焊絲作為原材料,在200,300,450 ℃的預(yù)熱溫度下利用TIG焊原位合成了鋁含量為50%(原子分?jǐn)?shù))的TiAl基合金,考察了不同預(yù)熱溫度下TIG電弧增材制造的鈦鋁合金的組織與力學(xué)性能.結(jié)果表明,隨著預(yù)熱溫度的增加,構(gòu)件的頂部與中部區(qū)域逐漸在γ/α2層片團(tuán)的晶界析出更多的塊狀γ相,底部組織變化不明顯.預(yù)熱溫度的增加使得合金中γ相增多而α2相減少,導(dǎo)致合金室溫硬度減少.同時(shí),彌散分布的塊狀γ相的增多,使得構(gòu)件的壓縮性能提升,當(dāng)預(yù)熱溫度為450 ℃時(shí),構(gòu)件抗壓強(qiáng)度與壓縮率最高.

高熵非晶材料及其增材制造技術(shù)研究進(jìn)展/舒鳳遠(yuǎn), 等. 焊接學(xué)報(bào), 2021, 42(9): 1-8.

高熵非晶合金具有獨(dú)特的物理、化學(xué)和力學(xué)性能以及更好的熱穩(wěn)定性,因而其制備技術(shù)成為國內(nèi)外重要的研究熱點(diǎn)之一.然而利用傳統(tǒng)技術(shù)制備高熵非晶材料時(shí)會(huì)產(chǎn)生晶粒粗大及材料浪費(fèi)等缺點(diǎn),難以滿足工藝生產(chǎn)需要.而增材制造技術(shù)的精準(zhǔn)制造和快速冷卻等特點(diǎn)可以解決這一問題,制備出各項(xiàng)性能優(yōu)越的高熵非晶合金.簡(jiǎn)要介紹了高熵非晶材料的研究體系和常用制造方法,著重闡述了高熵非晶材料的斷裂強(qiáng)度、耐腐蝕性和熱穩(wěn)定性的研究,對(duì)增材制造技術(shù)的工藝特征和優(yōu)勢(shì),以及利用增材制造技術(shù)制備高熵非晶合金的科學(xué)難點(diǎn)作出了總結(jié).結(jié)果表明,利用增材制造技術(shù)有利于獲得致密均勻的高熵非晶材料,但對(duì)于非晶相形成的解釋僅限于高熵合金4大效應(yīng).最后闡述了近年來利用常用的兩種增材制造手段制造高熵非晶合金的研究,并對(duì)增材制造技術(shù)制備高熵非晶材料的發(fā)展趨勢(shì)提出了展望.

微弧等離子增材制造NiCr合金的分子動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬/袁曉靜, 等. 焊接學(xué)報(bào), 2021 ,42(8): 25-32.

微弧等離子增材制造NiCr合金快速凝固過程對(duì)增材制造的結(jié)構(gòu)件微觀組織結(jié)構(gòu)性能具有重要影響.采用分子動(dòng)力學(xué)對(duì)微弧等離子增材制造NiCr合金構(gòu)件生長過程中溫度場(chǎng)變化及等軸晶生長過程進(jìn)行模擬.結(jié)果表明,冷卻速率為3.38 K/ps和0.675 K/ps時(shí),Ni-Cr體系呈現(xiàn)非晶凝固,0.077 5 K/ps冷卻速率下,Ni-Cr體系自發(fā)形核長大,實(shí)現(xiàn)等軸晶凝固結(jié)晶過程,這為微弧等離子增材制造組織演變研究提供了理論支撐.

Nb合金化對(duì)電弧增材制造NiTi基形狀記憶合金的影響/許博, 等. 焊接學(xué)報(bào), 2021, 42(8): 1-7.

NiTi合金是一種應(yīng)用廣泛的形狀記憶合金,其中Ti47Ni44Nb9成分的合金是一種可靠的航空管接頭材料.采用雙絲電弧增材制造(WAAM)的方法制備了Ni52Ti48合金,并以Nb元素進(jìn)行了原位合金化得到了Ti47Ni44Nb9合金,研究了其典型組織、壓縮性能、相變溫度與形狀記憶效應(yīng),分析了Nb元素的添加對(duì)WAAM鎳鈦合金組織及性能的影響.結(jié)果表明,加入Nb元素后,合金的組織除B2相晶粒外,還在晶界處有細(xì)小的β-Nb相析出,使得合金的壓縮強(qiáng)度在橫向與縱向上分別增加了7.9%與3.1%,形狀記憶回復(fù)率則下降了4.0%,相變溫度滯后從-6.4 ℃提升至40.9 ℃,使得該材料作為記憶合金管接頭時(shí)更加利于儲(chǔ)存與裝配.

電弧熔絲增材制造鈦/鋁復(fù)合材料的組織與性能/夏玉峰, 等. 焊接學(xué)報(bào), 2021, 42(8): 18-24.

通過基于冷金屬轉(zhuǎn)移的電弧熔絲增材制造技術(shù)制備了鋁/鈦復(fù)合材料.觀察到鈦/鋁結(jié)合界面存在元素?cái)U(kuò)散,形成一定厚度的中間反應(yīng)層,表明界面結(jié)合良好.同時(shí),通過硬度測(cè)試得到界面附近的硬度介于鈦側(cè)與鋁側(cè)之間,這主要是由于元素?cái)U(kuò)散導(dǎo)致界面附近生成了硬脆金屬間化合物.考慮到不同的復(fù)合比會(huì)導(dǎo)致不同力學(xué)性能,通過拉伸試驗(yàn),研究了復(fù)合比對(duì)帶缺口的鈦/鋁復(fù)合材料拉伸力學(xué)性能的影響規(guī)律.結(jié)果表明,在持續(xù)拉伸載荷作用下,鈦/鋁復(fù)合材料的兩組成層之間相互影響.隨著復(fù)合比的增加,抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度增加,斷后伸長率由于受鈦鋁之間冶金反應(yīng)的影響較大,當(dāng)鈦/鋁試樣具有較低復(fù)合比時(shí),其斷后伸長率甚至小于單一沉積鋁,隨后才隨著復(fù)合比的增加而增大.另外,運(yùn)用ABAQUS補(bǔ)充了多組復(fù)合比下鈦/鋁復(fù)合材料的拉伸過程,得到了復(fù)合比與屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的關(guān)系式.

電弧增材制造中空間曲面等距路徑規(guī)劃算法/李鑫磊, 等. 焊接學(xué)報(bào), 2021, 42(7): 14-20.

基于曲面分層的增材制造是目前研究熱點(diǎn)之一.相比于平面路徑規(guī)劃,在曲率任意變化的復(fù)雜空間曲面上進(jìn)行路徑規(guī)劃算法研究較少,尤其是等距路徑規(guī)劃算法.提出了一種基于體素化和曲線積分思想的空間曲面等距路徑規(guī)劃算法,算法主要包括體素化模型、計(jì)算體素點(diǎn)到源曲線的測(cè)地距離、生成增材路徑等步驟.該算法精度可控,其精度主要由模型體素化密度決定;與掃描線法相比,從根本上避免了平移路徑時(shí)由于局部和全局自相交生成的無效環(huán),提高了計(jì)算效率.最后,選取3種典型曲面,分別為由平面組成的簡(jiǎn)單曲面、圓柱曲面、B樣條曲面,進(jìn)行空間曲面等距路徑規(guī)劃,已驗(yàn)證算法的適用性,并在圓筒試件上進(jìn)行曲面分層GMAW電弧增材驗(yàn)證試驗(yàn).結(jié)果表明,該算法可以滿足電弧增材制造的精度要求.

308L不銹鋼熱絲等離子弧增材構(gòu)件組織和性能/馮曰海, 等. 焊接學(xué)報(bào), 2021, 42(5): 77-83.

隨著增材構(gòu)件重量的大幅度增加和形狀復(fù)雜性的急速提升,增材時(shí)間成本占比越來越高,為了在保持焊槍達(dá)到盡可能多空間位置的基礎(chǔ)上,提高熔敷效率,降低時(shí)間成本比例,提出了熱絲等離子弧增材制造工藝.分別采用冷絲等離子弧增材制造(CW-PAM)和熱絲等離子弧增材制造(HW-PAM)兩種工藝進(jìn)行了50層直壁體增材對(duì)比試驗(yàn),研究了HW-PAM工藝的特性,并對(duì)增材試樣的顯微組織和力學(xué)性能進(jìn)行對(duì)比分析.結(jié)果表明,HW-PAM工藝的平均熔敷效率提高了105%,在電弧行進(jìn)速度為20 cm/min時(shí),熔敷金屬損失率最多可降至1.42%,比CWPAM工藝降低了6.18%.在電弧行進(jìn)速度為50 cm/min時(shí),試樣內(nèi)部存在大量非等軸鐵素體,平均晶粒直徑從CW-PAM工藝的8.37 μm細(xì)化到7.62 μm. HW-PAM試樣的抗拉強(qiáng)度均在700 MPa以上,斷后伸長率最高可達(dá)到53%,比CW-PAM工藝提高了6.25%.

薄壁中空環(huán)形件的電弧增材制造工藝分析/薛丁琪, 等. 焊接學(xué)報(bào), 2021, 42(4): 42-48.

基于冷金屬過渡技術(shù),研究了全封閉薄壁中空環(huán)形件的電弧增材制造工藝.首先在單層單道熔敷層圓弧形截面輪廓的基礎(chǔ)上推導(dǎo)了單道多層熔敷層的疊加數(shù)學(xué)模型;其次建立了可根據(jù)薄壁結(jié)構(gòu)尺寸獲取合理工藝參數(shù)的等體積電弧增材模型,最后通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了模型的可靠性.基于該模型,建立了工藝參數(shù)(送絲速度、電弧移動(dòng)速度)與成形件尺寸之間的關(guān)系,在優(yōu)化的增材工藝下成形出了外觀質(zhì)量良好的薄壁中空環(huán)形工件,并將成形件掃描得到的實(shí)際輪廓與理論輪廓進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了疊加模型和等體積增材模型的準(zhǔn)確性以及工藝的可行性.