电弧增材制造

摘要： 传统的有限元仿真模式都是通过预先建立整体的几何模型,再结合单元生死技术来实现增材过程的仿真计算.由于这一模式需要预先设置好增材构件的整体尺寸及每层高度,因此不适用于需要在增材过程中优化调整工艺的复杂零件的仿真;更重要的是,增材过程逐层累积的变形量会使得计算域偏离预设位置进而出现计算不收敛的问题.为了解决增材制造的数值模拟过程中存在的上述难题,本研究提出了一种新的逐层建模的有限元计算方法.该方法采用逐层建模逐层计算的方式进行仿真计算,仿真过程与实际的增材过程一致,彻底解决了变形累积导致的计算不收敛问题的发生.首先,基于ABAQUS有限元软件,分别采用整体建模和逐层建模两种方法建立了20层的电弧增材制造(WAAM)仿真模型,并分别进行了热力耦合仿真计算.计算结果表明:逐层建模法获得的温度场和应力应变场的结果与传统整体建模法的基本一致,初步证明了所提出的逐层建模法对模拟增材过程的可行性.其次,为了分析逐层建模法对增材过程的变形累积敏感性问题,设计了一个单边约束的WAAM试验,并采用上述两种建模方法分别进行了仿真计算.计算结果表明:传统的整体建模模型计算至第2层就因为变形过大而被系统终止计算,而逐层建模模型则成功地完成了计算,而且计算结果与试验测试结果基本吻合,证明了该方法对变形累积不敏感的独特优点.

摘要： TiAl基合金具有优异的高温性能,是一种极具竞争力的新型轻质高温结构材料,在汽车、军工、航空航天等领域具有广阔的发展潜力和应用前景。然而,TiAl基合金室温脆性较大,成形困难,是阻碍其发展与应用的主要瓶颈之一。增材制造基于“离散+堆积”的成形思想,以激光、电子束、电弧等作为高能热源,通过熔化丝材或者粉末,逐层堆积实现零件的近净成形,是TiAl基合金最前沿、最具潜力的成形技术。本文主要概述了激光增材制造、电子束选区熔化、电弧增材制造TiAl基合金的研究进展,并展望了增材制造TiAl基合金的研究方向。

摘要： 电弧增材制造因其独特的无模壳快速近净成形特点而备受关注,有望成为突破铝合金材料研发与工业应用瓶颈的先进制造技术。电弧增材技术在传统电弧焊接的基础上发展而来,二者均以高能电弧为热源、以金属丝材为原材料进行成形。本文综合分析了电弧增材制造工艺与设备研发现状、凝固与固态相变特性、显微组织特点、冶金缺陷概况以及力学性能特点,论述了热丝及多丝增材制造技术前景和电弧增材制造独特的成形方式与相变显微组织特征。针对电弧增材制造铝合金制造精度及稳定性较差、气孔及热裂缺陷严重、材料力学性能优势不突出的问题,提出了电弧增材制造专用设备开发、熔丝累加快速凝固冶金缺陷控制专用方法研发、专用材料成分及显微组织设计、专用热处理工艺制定等发展方向,为加快电弧增材制造铝合金高端化、定制化、专属化发展提供重要参考。

摘要： 针对Al原子含量为45%的电弧沉积态TiAl合金,进行了基于热处理的组织与性能调控研究.结合Ti-Al二元相图分别制定了1080,1200,1270,1350°C4个加热温度,保温1 h后随炉冷却.结果表明,随着加热温度的升高,合金内偏析现象逐渐消失,晶界γ相减少,组织形态逐渐向全层片结构转变,且层片晶团尺寸逐渐增加.在1350°C下分别保温5,30 min和1 h,发现随着保温时间的延长,层片晶团逐渐粗化.基于单级热处理试验结果提出循环热处理工艺,将沉积态合金在900~1200°C之间多次循环“加热-短时保温-冷却”,获得了细小的层片晶团组织,合金硬度降低,抗压强度与压缩率均提高.

摘要： 采用电弧增材制造技术制备了超低碳中合金钢火炮零件,对其进行了正火、高温回火和调质处理以及切削加工试验和功能性应用试验,并与45CrNiMoVA钢锻件作了对比。结果表明:电弧增材制造的零件表面较粗糙,低倍组织符合要求;零件热处理后强度和塑性达到了45CrNiMoVA钢锻件的水平,但常温和低温冲击韧度较差;零件切削加工性能良好,但难以通过热处理达到局部高硬度;零件能满足功能性使用要求。

摘要： 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,实现了堆积过程中焊接电流与电压的精准同步采集,所设计的电弧增材制造机床成形金属零件效果良好,采集的电流电压波形精准清晰,达到了设计目的。

摘要： 目的为获得外观形貌好、成形质量优的单道多层成形件,研究最佳的层间温度。方法在调质处理后的H13钢基板上,根据已确定的工艺参数分别在50、100、150、200°C这4种层间温度下沉积20层。通过宏观形貌、微观组织和抗拉强度测试,分析层间温度对单道多层成形件的形貌及成形质量的影响。结果层间温度为100、150、200°C时,成形件顶层平滑,侧面成形较规则。不同层间温度下成形件平均高度的最大值与最小值之差仅为0.55 mm。层间温度为200°C时相邻2层沉积层间冷却时间最短,沉积20层总耗时最短,为44.57 min。层间温度大于100°C时,抗拉强度大于1200 MPa。结论在H13钢基板上进行丝材电弧增材制造时,控制层间温度在150~200°C能够得到外观形貌好、成形质量优良的成形件。

摘要： 利用电弧增材制造技术制备了高强钢薄壁墙试样。分析评价了高强钢电弧增材制造试样的显微组织和力学性能。结果显示:在成型制造过程中有较小的飞溅产生的固体小颗粒,成形外观形貌质量良好;试样金相组织主要为块状和针状铁素体+粒状贝氏体,金相结果可以看出试样内部结构无明显缺陷;试样横向和纵向截面的平均显微硬度分别为321 HV_(0.2),338HV_(0.2),试样的力学性能优良,横向抗拉强度927 MPa,屈服强度829MPa,伸长率16.8%,25°C夏比冲击值51 J,纵向抗拉强度915MPa,屈服强度764MPa,伸长率14.1%,25°C夏比冲击值63 J;拉伸、冲击试样断口形貌图中充满了均匀分布的韧窝,表现为典型的韧性断裂。

摘要： 目的研究电流模式和焊接方向对316L不锈钢增材制造成形、内部微观组织和硬度的影响。方法保持其他焊接工艺参数不变,采用Pulse、SpeedPulse、SpeedPulseXT这3种电流模式及同向和往复2种焊接方向进行单道多层堆积,采用光学显微镜观察增材制造件的微观组织并用洛氏硬度计测量其硬度值。结果采用不同电流模式和不同焊接方向会影响增材制造件的冷却速率和凝固方式,进而影响增材制造件的表面成形和力学性能。同方向焊接时,随着电流模式的改变,焊接热输入增大,液态金属的流动性和铺展行为逐渐增强,增材制造件的高度尺寸减小,宽度尺寸增大,熔合线处δ铁素体受冷却速率的影响由块状变为蠕虫状,Pulse模式存在元素偏析;往复方向焊接时,外形尺寸没有明显的变化,熔合线处δ铁素体以胞状和蠕虫状为主。硬度测试结果表明,SpeedPulse模式硬度变化最小,SpeedPulseXT模式次之,Pulse模式硬度变化最大。结论采用MIG焊进行316L不锈钢增材制造时,不同电流模式会对增材件的成形、内部金相组织和硬度产生影响。采用同方向焊接比往复方向焊接对增材件形貌的影响更大。

摘要： 针对镁合金电弧增材制造表面成形质量控制的难题,通过Design-Expert软件对AZ91镁合金TIG电弧增材的电流、送丝速度、增材速度等工艺参数和熔覆层层宽之间进行建模,探索了各工艺参数对增材层宽的影响规律,并利用增材主要工艺参数和尺寸的数学模型优化了增材电流,根据电流优化值来控制直壁构件层宽。结果表明,对层宽影响最大的是增材电流,其次是增材速度,影响最小的是送丝速度;采用优化后的工艺增材制备的单道多层构件自上至下的层宽波动起伏小,层宽偏差值由4.54 mm减小到0.94 mm,提高了AZ91镁合金增材成形质量。

摘要： 受限于铝合金商业丝材的种类,目前铝合金电弧增材制造技术研究主要集中于二元铝合金方面.本研究团队采用双丝电弧增材制造工艺,获得了不同合金组分的三元Al-Cu-Mg铝合金构件,并针对其成形、组织及力学性能等方面进行研究.结果表明:通过合理控制过程工艺参数,可获得良好构件成形;通过控制合金元素组分,可以实现对构件力学性能的有效调控;热处理工艺可以进一步提高构件的力学性能,为深入研究多元铝合金电弧增材制造奠定了基础.

摘要： 以ZL114A铝合金为研究对象,设计正交试验,综合调控电弧增材制造ZL114A铝合金的成形电流、电压、Z轴增量、层间停留时间等工艺参数.综合力学性能最好时的成形工艺参数是:电流=170A,电压=13V,送丝速度=90mm/min,层间停留时间=10s.

摘要： 利用冷金属过渡技术热输入量小、焊接无飞溅、电弧稳定等优点,设计了电弧增材制造成形系统.系统由硬件和软件两部分组成,软件系统ee的数控加工软件能够模拟零件的铣削加工路径,机器人离线仿真软件Iungoprint将模拟的铣削路径转变为增材制造路径,并通过图形动画模拟整个增材制造过程:硬件系统主要由KUKA机器入和Fronius数字化焊机组成,以实现焊接成形稳定、高效、柔性的总体要求.利用该系统研究焊接工艺参数对焊缝熔宽和层间增高量的影响,通过二次回归设计建立了焊道尺寸的预测模型,用以控制成形零件的精度.通过薄壁铝合金花瓶零件成形实验,所得零件尺寸与设计值的误差被控制在2％以内,验证了预测模型的可靠性及成形系统的可行性.

摘要： 电弧增材制造技术以电弧为热源,通过逐层熔积的方式制造实体零件.当前对电弧增材制造技术的研究主要集中在工艺参数和成形件组织、力学性能上,通过工艺参数的优化改善最终零件的力学性能,在成形件尺寸精度和表面质量控制上的研究较少.本文为了提高成型过程中的尺寸精度和表面质量,设计了基于线激光的三维检测系统,可以在线实时获取焊道表层熔积形貌图形,通过高斯滤波、边缘提取,得到焊道三维信息模型,进而优化熔积轨迹,同时复合铣削工艺,以提升成型过程中的尺寸精度和表面质量.研究表明,通过实时扫描上一道焊道边缘,进行搭接率优化,可以很好的避免轨迹偏移造成的误差累计效应,提升搭接层面的均匀性和稳定性;通过扫描整个熔积层表面三维信息,对于高度异常的区域复合铣削工艺,可以保证下一层熔积时基面的平整度,解决了因表面高度不平造成的电弧不稳的问题,达到控制表层精度的目的.

摘要： 研究了适合于316L丝材电弧增材的保护气和不同焊接参数下316L焊丝的成形性.确定了适合于316L电弧增材的保护气为Ar+2％O2,以及良好成形性的工艺参数范围与组织特点.利用电弧增材制造了合格的带颈法兰件,性能测试结果显示抗拉强度达到540MPa以上,延伸率达到35％以上,冲击吸收功达到97J以上.

摘要： 本发明提供一种新型电弧增材与气中电火花电弧铣削减材复合制造装置，包括：电源系统、运动平台、增减材工作头；所述电源系统包括：增材电源、减材电源；所述运动平台包括：六轴机器人、控制柜、工作台、基板、堆积件、夹具；所述增减材工作头包含电弧增材和气中电火花电弧铣削减材；所述电弧增材包括：支架、绝缘套、焊枪、堆积丝；所述气中电火花电弧铣削减材包括：底座、外唇形密封、内唇形密封、轴承、主轴、压盖、调整环、电极、主动齿轮、电机；电弧增材和气中电火花电弧铣削减材交替进行，所述焊枪和所述电极同轴；所述电极侧面和端面可去除所述堆积件侧面与顶部余量；所述气中电火花电弧铣削减材有大电流电弧和小电流电火花两种模式。

摘要： 本发明提供了一种新型双六轴机器人电弧增材与氩气中电火花电弧铣削减材复合制造装置，包括：电源部分、运动载具、电弧增材工作头、氩气中电火花电弧铣削减材工作头、控制柜、工作台、增材件、夹具；所述电源部分包括：电弧增材电源、氩气中电火花电弧铣削减材电源；所述运动载具包括：电弧增材六轴机器人、氩气中电火花电弧铣削减材六轴机器人；所述电弧增材工作头包括：焊枪支架、绝缘垫圈、焊枪、焊丝；所述氩气中电火花电弧铣削减材工作头包括：减材工作头支架、绝缘垫块、旋转接头静端外壳、旋转接头动端转轴、电机外壳、电机主轴、电机安装架、联轴器上部、小O型密封圈、联轴器下部、减材工作头壳体、主轴承、减材工作头主轴、环形外冷却喷嘴阵列装置、压盖、电极、唇形密封圈、小轴承、O型密封圈；电弧增材和氩气中电火花电弧铣削减材是靠两台相互独立的六轴机器人并行进行的；所述氩气中电火花电弧铣削减材工作头可通过所述电极端面和圆周面铣削所述增材件；所述氩气中电火花电弧铣削减材电源有大电流电弧粗铣削与小电流电火花精铣削两种模式。

摘要： 本发明公开一种电弧‑激光复合式机器人增材制造系统，包括由两台六轴机器人与变位机组成的机械及控制系统和由焊接电源、控制器、送丝机、激光器、激光焊枪、电弧焊枪等组成的焊接系统以及计算机、CCD摄像机组成。其中，激光焊枪和电弧焊枪分别装在两台六轴机器人的手臂上，CCD摄像机用夹具垂直固定在激光焊枪上，并且与计算机相连，计算机又与控制器相连，控制器与激光增材制造系统相连。本发明通过利用电弧作为热源熔化焊丝进行增材，但电弧的精度较低，增材过后的表面不平整，再利用激光焊枪对其每层表面的缺陷都进行增材填补；充分利用两种热源的优势进行互补，最终得到成形质量好、精度高且成本相对来说较低的增材制品。

摘要： 本发明提供一种新型电弧增材与气中电火花电弧铣削减材复合制造装置，包括：电源系统、运动平台、增减材工作头；所述电源系统包括：增材电源、减材电源；所述运动平台包括：六轴机器人、控制柜、工作台、基板、堆积件、夹具；所述增减材工作头包含电弧增材和气中电火花电弧铣削减材；所述电弧增材包括：支架、绝缘套、焊枪、堆积丝；所述气中电火花电弧铣削减材包括：底座、外唇形密封、内唇形密封、轴承、主轴、压盖、调整环、电极、主动齿轮、电机；电弧增材和气中电火花电弧铣削减材交替进行，所述焊枪和所述电极同轴；所述电极侧面和端面可去除所述堆积件侧面与顶部余量；所述气中电火花电弧铣削减材有大电流电弧和小电流电火花两种模式。

摘要： 本发明提供了一种新型双六轴机器人电弧增材与氩气中电火花电弧铣削减材复合制造装置，包括：电源部分、运动载具、电弧增材工作头、氩气中电火花电弧铣削减材工作头、控制柜、工作台、增材件、夹具；所述电源部分包括：电弧增材电源、氩气中电火花电弧铣削减材电源；所述运动载具包括：电弧增材六轴机器人、氩气中电火花电弧铣削减材六轴机器人；所述电弧增材工作头包括：焊枪支架、绝缘垫圈、焊枪、焊丝；所述氩气中电火花电弧铣削减材工作头包括：减材工作头支架、绝缘垫块、旋转接头静端外壳、旋转接头动端转轴、电机外壳、电机主轴、电机安装架、联轴器上部、小O型密封圈、联轴器下部、减材工作头壳体、主轴承、减材工作头主轴、环形外冷却喷嘴阵列装置、压盖、电极、唇形密封圈、小轴承、O型密封圈；电弧增材和氩气中电火花电弧铣削减材是靠两台相互独立的六轴机器人并行进行的；所述氩气中电火花电弧铣削减材工作头可通过所述电极端面和圆周面铣削所述增材件；所述氩气中电火花电弧铣削减材电源有大电流电弧粗铣削与小电流电火花精铣削两种模式。

摘要： 本发明公开了电弧增材的多传感器智能喷头及增材制造方法，智能喷头包括连接法兰、打印喷头、送丝机构以及与工艺控制模块数据连接的多传感器模块，多传感器模块包括打印精度检测系统、熔池和电弧状态检测系统、熔池保护气氛检测系统和自动维持系统，打印精度检测系统用于获取模型重建位置后控制打印喷头进行增材打印，熔池和电弧状态检测系统用于调整电弧长度、热量输入值控制结晶温度和残余应力水平，熔池保护气氛检测系统用于控制保护气流量和熔化区和热影响区环境参数检测。本发明将多传感器和过程控制算法一体集成，保证增材制造质量，根据增材过程反馈参数，对电流、送丝速度、送气速度进行实时的调整，实现高速高质量电弧增材打印。

摘要： 本发明涉及3D打印技术领域，且公开了基于三维扫描确定增材尺寸的电弧增材制造系统，在增材加工机械臂开始运作时，利用电机带动支撑板转动，选择好加工的增材加工机械臂，可以为需要增材的工件进行全方位的增材，避免了单范围增材时出现增材不均匀的出现，影响的工件的质量，利用支撑板与卡合条的固定卡合效果，同时利用弹簧三的弹性效果和轴承座的转动效果，使支撑板与不同的相卡合，且工件质量越大，支撑板越是挤压弹簧三，利用四个的弹力效果和支撑板与卡合条的固定卡合效果，使得工件能稳定的放置在箱体内，利用限位板与限位块相互阻挡的效果，可以选择弹簧一的弹力，便于增材加工机械臂的移动同时保证了增材加工机械臂的稳定性。

摘要： 本发明公开了一种镁锂合金电弧增材制造焊丝及其制备和增材制造方法，该焊丝包括以下质量百分含量的元素组成：Li 6～14wt.％、Al 1～5wt.％、Zn 1～5wt.％、RE 0.2～3wt.％，余量为Mg及不可避免的杂质。通过熔炼、挤压及表面处理工艺后可获得的镁锂合金丝材。使用该焊丝的工艺参数为：电流为60A～180A，送丝速度为1000～3000mm/min，焊接速度为100～300mm/s，焊接速度与送丝速度的比为2～15，完成增材制造后，将镁锂合金工件进行固溶热处理。本发明能够克服传统制造工艺的束缚，实现了晶粒的细化，有利于提高镁锂合金工件的力学性能。使用该工艺方法能够带来结构和材料上的双重减重，具有广阔的应用前景。

摘要： 本发明涉及多丝共熔池电弧增材制造TIG焊枪及焊接装置及增材制造方法，其中，多丝共熔池电弧增材制造TIG焊枪包括枪体，枪体前端设置瓷嘴，其特征在于：所述枪体内部具有空腔，该空腔中贯穿插接有空心钨极从而空心钨极的前端自所述瓷嘴的端口伸出，枪体内壁与所述空心钨极之间形成保护气腔；所述空心钨极内轴向设置有多于一个的送丝腔道；枪体远离所述瓷嘴的另一端设置有连通保护气源的进气孔，并且保护气源同样连通所述送丝腔道。本发明由于送丝腔道有多于一个，使得多于一根焊丝参与焊接作业，在高熔敷效率的基础上增加了熔敷量，在增材制造成型上提高了加工效率。

摘要： 本发明涉及3D打印技术领域，且公开了基于三维扫描确定增材尺寸的电弧增材制造系统，在增材加工机械臂开始运作时，利用电机带动支撑板转动，选择好加工的增材加工机械臂，可以为需要增材的工件进行全方位的增材，避免了单范围增材时出现增材不均匀的出现，影响的工件的质量，利用支撑板与卡合条的固定卡合效果，同时利用弹簧三的弹性效果和轴承座的转动效果，使支撑板与不同的相卡合，且工件质量越大，支撑板越是挤压弹簧三，利用四个的弹力效果和支撑板与卡合条的固定卡合效果，使得工件能稳定的放置在箱体内，利用限位板与限位块相互阻挡的效果，可以选择弹簧一的弹力，便于增材加工机械臂的移动同时保证了增材加工机械臂的稳定性。