辅助填丝GMA增材制造工艺及梯度材料制备研究

发布时间：2020-11-12 21:05

　　 熔化极气体保护电弧增材制造(Gas Metal Arc Additive Manufacturing,GMAAM)作为一种被广泛采用的金属增材制造方法具有设备简单、生产成本低和熔敷效率高等一系列优点,但同时存在着热输入过大导致热积累严重和在不更换焊丝的情况下无法进行成分调控等缺点。针对以上问题提出外加辅助填丝GMA-AM新工艺,利用电弧热和熔池余热熔化辅助焊丝,在提高熔敷效率的同时减小了对母材的热输入;当使用异质辅助填丝时,可以通过调节辅助填丝占比进行熔敷金属成分的连续调控,提供一种新的梯度材料制备方法。本文的主要内容为辅助填丝对熔敷道成形、热输入的影响,分析了熔敷道轮廓形成的变化规律并进行熔敷道尺寸回归建模,研究了异质辅助填丝熔敷道的组织与性能,为梯度材料的电弧增材制造打下良好基础。首先研究了辅助填丝送进方位、送进速度以及堆积速度等工艺参数对成形的影响,获得了成形良好的工艺区间。试验表明使用熔池前方辅助填丝,辅助填丝速度占总送丝速度40%以内时可以获得成形良好的熔敷道。同时,辅助填丝工艺能够使得熔敷道热影响区面积减少35%,热循环峰值温度降低40℃左右。对熔敷道轮廓及尺寸进行了探究,获得了熔敷道轮廓的形成规律及熔敷工艺参数与熔敷道尺寸的二次回归模型。研究发现只有当熔敷电流和堆积速度较小、辅助填丝速度较大时熔敷道轮廓转变为球状,不利于堆积。同时,回归模型表明辅助填丝速度对熔敷道的宽度无明显影响,工艺区间内宽度调节范围为4.8~10.6mm,高度调节范围为2.0~5.3mm,为成形件的切片与规划提供了依据。通过改变异质辅助填丝占比调节熔敷道成分,堆积了不同成分的单墙壁,并对其试样进行了微观组织与力学性能测试。结果表明随着H06MnNi3CrMoA占比的增加,微观组织方面粒状贝氏体与针状铁素体的量增多,力学性能方面拉伸强度与显微硬度增大。在工艺区间内拉伸强度的调节范围为550~880MPa,硬度调节范围为210-390HV,为性能调控打下了基础。最后设计和规划了具有成分梯度的单墙壁和诱导齿模拟件,并使用辅助填丝GMA增材制造工艺进行制备,结果表明成形件结构与性能梯度与预期相符。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG661
【部分图文】：

图 1-1 SLM 原理示意图[23]图 1-2 SLM 技术制备的应用骨骼模型[25]LSF 首先应用于上个世纪七十年代制造镍基高温合金涡轮盘，由美国联司的 Snow 率先采用，并取得了相关的专利[26][27]。之后，在世纪之交，波始采用 LSF 技术制造的 TC4 航空件用于 F/A-l8E/F 等机型飞机的生产，属增材制造的热潮。LSF 的原理与 SLM 原理相似，两者的差异在于对原进方式不同，LSF 采用的是如图1-3 左侧为同轴送丝或者右侧所示为的同而图1-4 是正在利用 LSF 技术增材制造叶片。国内主要是哈尔滨工业大学大学和西北工业大学对 LSF 展开了广泛的研究[28-30]。图 1-3 LSF 原材料送进方式[25]图 1-4 LSF 技术应用增材制造叶片[2

图 1-1 SLM 原理示意图[23]图 1-2 SLM 技术制备的应用骨骼模型[25]LSF 首先应用于上个世纪七十年代制造镍基高温合金涡轮盘，由美国联司的 Snow 率先采用，并取得了相关的专利[26][27]。之后，在世纪之交，波始采用 LSF 技术制造的 TC4 航空件用于 F/A-l8E/F 等机型飞机的生产，属增材制造的热潮。LSF 的原理与 SLM 原理相似，两者的差异在于对原进方式不同，LSF 采用的是如图1-3 左侧为同轴送丝或者右侧所示为的同而图1-4 是正在利用 LSF 技术增材制造叶片。国内主要是哈尔滨工业大学大学和西北工业大学对 LSF 展开了广泛的研究[28-30]。图 1-3 LSF 原材料送进方式[25]图 1-4 LSF 技术应用增材制造叶片[2

图 1-1 SLM 原理示意图[23]图 1-2 SLM 技术制备的应用骨骼模型[25]LSF 首先应用于上个世纪七十年代制造镍基高温合金涡轮盘，由美国联合公司的 Snow 率先采用，并取得了相关的专利[26][27]。之后，在世纪之交，波音开始采用 LSF 技术制造的 TC4 航空件用于 F/A-l8E/F 等机型飞机的生产，掀金属增材制造的热潮。LSF 的原理与 SLM 原理相似，两者的差异在于对原材送进方式不同，LSF 采用的是如图1-3 左侧为同轴送丝或者右侧所示为的同轴。而图1-4 是正在利用 LSF 技术增材制造叶片。国内主要是哈尔滨工业大学以苏大学和西北工业大学对 LSF 展开了广泛的研究[28-30]。
【参考文献】

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3 熊俊;薛永刚;陈辉;张卫华;;电弧增材制造成形控制技术的研究现状与展望[J];电焊机;2015年09期

4 林鑫;黄卫东;;高性能金属构件的激光增材制造[J];中国科学:信息科学;2015年09期

5 赵志国;柏林;李黎;黄建云;;激光选区熔化成形技术的发展现状及研究进展[J];航空制造技术;2014年19期

6 钱婷婷;刘栋;田象军;刘长猛;王华明;;激光增材制造TA2/TA15梯度结构材料的显微组织(英文)[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2014年09期

7 刘业胜;韩品连;胡寿丰;柴象海;曹源;;金属材料激光增材制造技术及在航空发动机上的应用[J];航空制造技术;2014年10期

8 高晓菊;王伯芊;贾平斌;满蓬;杨双燕;燕东明;;功能梯度材料的制备技术及其研发现状[J];材料导报;2014年01期

9 黄卫东;;如何理性看待增材制造(3D打印)技术[J];新材料产业;2013年08期

10 巩水利;锁红波;李怀学;;金属增材制造技术在航空领域的发展与应用[J];航空制造技术;2013年13期

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本文编号：2881241