机器人CMT增材制造高氮钢-316L多层结构试验研究

发布时间：2020-08-01 13:27

【摘要】：基于冷金属过渡技术的增材制造(CMT-AM)是一种以焊丝为熔覆材料、以CMT焊机在基板或者前熔覆层与焊丝之间产生的电弧为热源的累加式快速成型结构件的增材方法,其具有周期短、效率高等优点。本课题仿生天然贝壳珍珠层结构,设计出软硬双金属多层交织结构,分别以ER316L与高氮钢(HNS)两种材料为研究对象,研究增材工艺对于宏观尺寸、微观组织以及力学性能的影响,并分析其原因。再通过对比异种材料增材制造多层交织材料时不同增材路径的性能差异,对CMT增材制造多层交织材料构件的工艺进行研究。首先进行ER316L材料的CMT增材制造(ER316L-CMT-AM)的工艺试验研究。分别研究熔覆热输入与层间冷却温度对增材制造直壁体宏观尺寸、微观结构、力学性能等方面的影响规律。确定在CMT-AM中ER316L的凝固模型为铁素体-奥氏体模型。分析直壁试样在增材过程中熔覆层底端、中部、顶部组织的晶粒生长方向。研究发现,直壁体的晶粒尺寸与熔覆速度成负相关,与热输入量正相关,并确定最佳的层间冷却温度。其次,对HNS材料的增材制造(HNS-CMT-AM)进行工艺研究。研究熔覆热输入对于HNS增材成型中所含氮元素的影响,进而确定其在不同氮元素含量下的凝固模型,并确定其组织结构。研究在不同氮元素含量下的直壁体硬度及拉伸性能,并利用扫描电镜观察拉伸断口韧窝以分析拉伸断裂方式。然后,对CMT-AM双金属多层交织构件进行工艺参数及交织路径的研究。确定相邻熔覆道的最佳重叠间距,研究异材界面的组织构成及生长方向。在增材制造双金属多层交织构件中,HNS的硬度分布在310HV-320HV附近,ER316L的硬度分布在200HV附近。在ER316L与HNS界面结合处,硬度分布在280HV-290HV附近。HNS与ER316L组成的双金属多层交织结构的拉伸性能是低于HNS的拉伸强度而高于ER316L的。其抗冲击性能相比于两种材料,也有了极大的提升。最后依据贝壳珍珠层的结构特征,采用软硬材料交织、层间角度交错的形式,建立交织结构的三维立体模型,设计软硬材料成分比例。采用双面增材制造方法,完成30°层间交错增材制造多层交织构件,整体熔覆效率达到0.1097kg。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG142
【图文】：

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熔滴过渡又重新开始。此方法在短路过渡时几乎无电流，而通过焊丝自动的回抽复送逡逑机制实现了快速的“高温－低温－高温”反复轮换过程，从而很好地减小了热输入量。逡逑图１．１为高速摄像机记录的ＣＭＴ焊接过程中熔滴变化情况。逡逑ＬＬ邋１±逡逑（ａ）电弧产生逦（ｂ）电弧熄灭逦（ｃ）焊丝缩回逦（ｄ）反向运动逡逑图１．１邋ＣＭＴ技术焊接熔滴变化过程逡逑ＣＭＴ技术焊接熔滴变化过程大概分为四大部份：逡逑（１）

金属间相,熔滴,焊丝

曲线,断裂方式,载荷,曲线

硕上学位论文逡逑许庆伟等人［｜２］采用ＣＭＴ技术研究了镁合金与表面镀锌的钢板之间的点焊工艺，逡逑得到了点熔钎焊接头，如图１．３所示。得出结论，在利用ＣＭＴ技术点焊镁合金与表面逡逑镀锌的钢板时，在适当的范围之内，焊接工艺参数较小时，焊接接头的断裂呈现出剪逡逑切断裂的特征，无法达到质量要求。如果焊接工艺参数较大时，焊接接头的断裂可以逡逑呈现出较为明显的撕裂特征，此时的焊接接头性能较为良好。逡逑ｌｃ）７Ｗ？邋？＊＊＃＊？！逦？｜７邋号邋ＫＷＭＨＭＷＢ逦ａｉｄ？？逡逑图１．３不同接头的断裂方式及载荷一位移曲线逡逑（２）用于焊接金属薄板及超薄板材。逡逑利用ＣＭＴ技术热输入量小等独特优势，不仅能够实现超小电流、电压的金属薄逡逑板、超薄板焊接［１３］，而且焊后焊缝成形美观，质量重复精度高，焊件变形小还不易烧逡逑穿。逡逑国外学者Ｒｅｎｎｏ邋Ｖｅｉｎｔｈａｌ等人ｔ１？分析了采用ＣＭＴ焊接不锈钢、铝合金薄板的接头逡逑厚度阈值并得到了良好的工艺参数和成形效果。逡逑李琳等研究分析了冷金属过渡技术在工程设备上的应用现状，并通过实验获得逡逑了质量较好的焊接接头和适用于实际制造过程的焊接工艺参数，如图１．４所示。结果显逡逑示

【参考文献】