双相不锈钢电弧增材制造热力场数值模拟与工艺优化

发布时间：2021-04-29 11:41

　　电弧增材制造（Wire Arc Additive Manufecturing,WAAM）技术是以电弧作为热源,采用堆焊的方式打印金属零件的新型技术。其特点是设备造价低、工作效率高以及增材尺寸范围大。数值模拟研究方法以有限元理论为原理,利用软件模拟实际工况,其特点是减少实验成本和周期。ER2209双相不锈钢具有铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢的特点,广泛应用在建筑、海洋和化工领域。本文以ANSYS软件为模拟软件,ER2209双相不锈钢为研究材料,模拟WAAM过程中热力场（温度场和应力场）分布,对增材零件形状和性能进行分析。采用ANSYS软件对WAAM过程中热力场进行模拟,分别采用多通道温度测量系统和X射线应力仪对温度场和应力场进行测量。利用模拟结果指导实验,采用WAAM系统打印形状良好的成型件。采用金相显微镜（OM）、X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、万能拉伸仪、维氏硬度计、纳米压痕测量仪和电化学工作站对零件组织和性能进行分析。利用正交实验确定一组工艺参数,可以使电弧稳定存在且试件表面平整。其中,增材电压为23V,焊接速度为200mm/min,送丝速度为11m/min。利用准确... 

【文章来源】：燕山大学河北省

【文章页数】：88 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 选题的背景与意义
    1.2 国内外电弧增材制造技术发展
        1.2.1 电弧增材制造技术简介
        1.2.2 国外电弧增材制造技术发展
        1.2.3 国内电弧增材制造技术发展
    1.3 电弧增材制造的材料
    1.4 数值模拟方法在热力场模拟过程中的应用
        1.4.1 温度场模拟的发展
        1.4.2 应力场模拟发展
        1.4.3 热力场对零件组织和性能影响
    1.5 本文的研究目的和内容
第2章 实验材料和方法
    2.1 实验材料
    2.2 实验方法
        2.2.1 实验样品制备
        2.2.2 金相试样制备和组织观察
        2.2.3 XRD分析
        2.2.4 SEM形貌和EDS能谱分析
        2.2.5 拉伸性能分析
        2.2.6 硬度测试
        2.2.7 腐蚀性能测试
    2.3 计算方法
        2.3.1 性质图计算
        2.3.2 数值模拟
第3章 双相不锈钢电弧增材制造热力场模拟与演变
    3.1 引言
    3.2 电弧增材制造热力场数值模拟
        3.2.1 基本假设
        3.2.2 单元选择
        3.2.3 物理性能参数确定
        3.2.4 几何模型建立
        3.2.5 模型网格划分
        3.2.6 模型单元杀死
        3.2.7 初始条件和边界条件处理
        3.2.8 热原模型
        3.2.9 施加载荷及求解
    3.3 电弧增材制造热力场测量实验
    3.4 模拟结果和实验结果对比验证
        3.4.1 温度场验证
        3.4.2 应力场验证
    3.5 电弧增材制造温度场演变
        3.5.1 电弧增材制造温度场演变云图
        3.5.2 电弧增材制造时不同位置温度循环曲线
    3.6 电弧增材制造应力场演变分析
        3.6.1 电弧增材制造应力场演变云图
        3.6.2 电弧增材制造过程不同位置应力循环曲线
    3.7 本章小结
第4章 双相不锈钢电弧增材制造成型控制分析
    4.1 引言
    4.2 工艺参数对热力场的影响
        4.2.1 增材电压对热力场影响
        4.2.2 焊接速度对热力场影响
        4.2.3 层间冷却时间对热力场影响
        4.2.4 增材方向对热力场影响
        4.2.5 增材层数对热力场影响
        4.2.6 冷却方式对热力场影响
    4.3 层高度增加量与冷却后层间温度的关系
        4.3.1 空冷状态层高度增加量与冷却后层间温度的关系
        4.3.2 水冷状态层高度增加量与冷却后层间温度的关系
    4.4 复杂零件热力场模拟
        4.4.1 圆筒件热力场模拟
        4.4.2 连接件模拟
    4.5 本章小结
第5章 双相不锈钢增材制造零件性能分析
    5.1 引言
    5.2 薄壁墙零件组织预测
    5.3 薄壁墙类零件显微组织分析
        5.3.1 金相组织分析
        5.3.2 SEM形貌和EDS能谱分析
        5.3.3 XRD分析
    5.4 薄壁墙类零件性能分析
        5.4.1 拉伸性能分析
        5.4.2 拉伸断口分析
        5.4.3 硬度分析
        5.4.4 腐蚀性能分析
    5.5 薄壁墙类零件固溶处理
        5.5.1 固溶处理工艺确定
        5.5.2 薄壁墙类零件显微组织分析
        5.5.3 薄壁墙类零件硬度分析
    5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
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博士论文
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硕士论文
[1]建筑钢结构中典型焊接接头残余应力的数值模拟[D]. 蒋小华.重庆大学 2016



本文编号：3167463