基于CMT的铝合金电弧增材制造(3D打印)技术及工艺研究
电弧增材制造是以电弧作为热源，焊丝作为增材材料，快速直接成型致密度高、力学性能好的金属复杂几何构件，可极大提高材料的利用率、缩短产品的生产周期，大幅提高生产效率和制造技术的核心竞争力。课题基于CMT的铝合金电弧增材制造技术，以铝合金零件的尺寸精度、气孔率、组织性能作为研究对象，对增材制造过程开展研究。 首先就单道单层试样成形规律进行研究。送丝速度（焊接电流）增大，焊道宽度增大，余高系数也跟着增大。余高则在电流较小时先有微小增加后明显减小。预热有助于改善焊道成形。保护气混入氦气后，试样余高系数会随着氦气比例的提高而提高。 进一步研究单道多层成形尺寸精度（宏观尺寸、粗糙度）和气孔率，利用SPSS软件建立了层宽、层高预测模型。层宽预测模型表明:层宽随电流增大而增大，层间等待时间达到60s之后层宽不再发生明显变化。参数对层宽的影响顺序如下:电流＞增材速度＞层间等待时间。层高预测模型表明:增大电流可以增大层高。增大增材速度同样可以增加层高，但速度达到70cm/min后层高不再发生明显变化。参数对层高的影响顺序如下:增材速度＞电流＞层间等待时间。 利用图像处理的方法对侧表面粗糙度和最小加工余量进行了评价。小电流、低增材速度时表面粗糙度最小，粗糙度随氦气比例的增加先增加后减小。层间等待时间与粗糙度之间无线性或二次关系，关系比较复杂。对气孔率的研究表明保护气中氦气比例达到75％后，不仅可以有效消除0.2mm以上的宏观气孔，也可以有效消除显微气孔。合适的层间等待时间可以消除大部分宏观气孔，但对消除微观气孔的意义不大。 对组织性能的研究表明随送丝速度（焊接电流）的增加，析出相增多，晶粒尺寸增大。层内主要以等轴晶组织存在，层间结合处有少量柱状晶组织。增材速度越快析出相越少，但冶金结合变差。增材速度对垂直焊道方向的抗拉强度影响不大。层间等待时间为30s时由于冶金结合较好，析出相刚开始增多和长大，晶粒尺寸未完全长大。增加保护气中氦气比例后，硬度值先增大后减小，抗拉强度同样先增大后减小。平行增材方向上，拉伸断口主要表现为韧性断裂，垂直增材方向上断口主要表现为韧性断裂和准解理断裂的混合断裂方式。平行增材方向上的抗拉强度大干垂直方向上的。 最后采用CMT增材制造的方法，结合3DAutomate、Mastercam软件快速规划复杂路径，进行复杂零件的成形，分析尺寸精度及成形状态，验证电弧增材制造系统可以实现复杂试样的初步成形。
铝合金零件;电弧增材制造;冷金属过渡焊接技术;尺寸精度;气孔率;组织性能
南京理工大学
硕士
材料加工工程
王克鸿
2016
中文
TG457.2
94
2016-11-11（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）