摆动参数对铝合金电弧增材制造薄壁成形形貌及尺寸的影响

电弧增材制造成形普遍存在结构件的形貌误差较大和精度控制难的问题,针对摆动钨极惰性气体保护焊(Weaving-gas tungsten arc welding,W-GTAW)热源铝合金增材制造过程,研究了不同摆动角度及摆动左右停止时间条件下增材制造薄壁的尺寸和成形形貌特点。对比常规GTAW电弧增材制造,W-GTAW薄壁成形件可以获得更小的基板熔透量,并且摆动速度和摆动左右停止时间越小,薄壁高度越高,当摆动速度为3.0×10^(-2) rad/s、摆动左右停止时间为0.15 s时,薄壁熔覆高度为15.91 mm,仅次于常规GTAW薄壁成形件;对于薄壁壁厚,在电弧摆动左右停止时间为0.25 s条件下的W-GTAW成形件壁厚为13.83 mm,相较于常规GTAW壁厚增加了2.67 mm,并且此条件下基板两端翘起角度仅为0.2°;对比常规GTAW增材制造技术,W-GTAW得到了最大精度为0.92的薄壁,而在试验条件下,适当增大摆动角度和摆动左右停止时间,薄壁尺寸精度可以得到进一步提升。

基于回归方法和神经网络的电弧增材制造单道成形形貌预测

目的 针对电弧增材制造技术实际应用中工艺参数选取困难和成形结果难预测的问题,确定高效、准确的电弧增材制造单道成形形貌预测的数学方法,以快速、方便地选取丝材电弧增材制造工艺参数并指导成形质量控制。方法 在单道单层丝材电弧增材制造实验的基础上,采用多种回归方法和神经网络方法分别建立焊接电流、电压和焊枪移动速度等多个工艺参数与增材层宽度、增材层高度及熔池深度等成形形貌参数之间的数学关系模型。结果 电弧增材制造单道成形形貌与焊接电流、电压和焊枪移动速度显著相关,且各参数间存在非线性交互作用;采用多元线性回归法可较准确地预测单道增材层宽度,但对于增材层高度和熔深的预测效果较差;神经网络可良好地处理各工艺参数间复杂的非线性关系,其对增材层宽度、增材层高度和熔深的预测平均误差率分别为4.17%、6.60%和7.01%,显著优于多元线性回归法。结论 采用神经网络法可以准确预测电弧增材制造单道成形的形貌参数,进而指导增材制造工艺参数的选取和成形质量的控制。

糊状食材3D打印工艺参数对成形形貌的影响研究

3D打印工艺参数是影响成形形貌的关键因素,研究食品3D打印工艺参数与成形形貌的关系对实现高效、稳定成形具有重要意义。依托自主研发食品3D打印装置,以糊状食材为打印原料,通过气压挤出系统可对食品打印成形实现实时准确控制。通过实验,研究可可粉等食品打印原料的打印速度、喷嘴出口与基板成形区距离等工艺参数对食品成形形貌的影响。进一步研究多层成形打印策略调整,优化工艺参数后,实验结果表明多层成形宽度和高度精度分别提升66.1%和13.0%。开展的相关研究及扩展成果,对以后食品3D打印技术的深入研究具有一定的参考意义。

工艺参数对电弧增材制造工件的影响

电弧增材制造具有高沉积速率、高质量、无尺寸限制的特点,能够满足具有高机械性能要求的中大型部件的制作需求。电弧增材制造AlMg合金过程中制备工艺参数对工件的宏观形貌、微观组织及力学性能均会产生重要影响。本文通过研究焊丝盘松紧度、焊接速度、焊接电流和层间等待时间对电弧增材制造AlMg合金成形的影响,确定了最佳制备工艺参数。研究表明,焊丝盘松紧度为2时,增材设备送丝顺畅,焊道成形效果好;焊道成形与热输入有关,焊接速度越小,增材过程产生的热输入值越大,当焊接速度为36 cm/min时,单道焊缝的成形缺陷最少,成形效果良好;焊接电流越大,增材过程产生的热输入值就越大,当焊接电流为65 A时,焊道形貌均匀;层间等待时间增加到150 s时,合金晶粒为均匀细小的等轴晶,平均晶粒尺寸降至52.9μm。

2219铝合金CMT电弧增材熔滴过渡行为

在冷金属过渡(cold metal transfer,CMT)电弧增材制造过程中,熔池的流动行为极易受到电弧和熔滴的影响,从而严重影响堆积层的稳定性和成形件质量.该文利用高速摄影结果及电信号参数波形图,引入热输入量计算公式,从特征电信号、熔滴过渡特征量、热输入量等方面定量分析了CMT+P模式下送丝速度及脉冲修正系数对熔滴过渡过程及单道成形形貌的影响,同时分析了脉冲变极性冷金属过渡(Advanced CMT,CMT+PA)模式下送丝速度及控制面板上的EP/EN修正系数η对熔滴过渡过程及单道成形形貌的影响,为后续工艺优化提供参考和指导.

不同工艺参数对金属熔滴沉积成形影响

采用数值计算与试验分析相结合的方法,深入研究了不同工艺参数(沉积距离、扫描速度、熔体温度、基板温度、喷嘴直径等),单颗金属熔滴的沉积、铺展变化,验证了当前模型的正确性.通过对单颗金属熔滴沉积行为的研究,建立了单道/多道水平搭接成形数值计算模型,探索了金属熔滴在小空间、大温度梯度环境下沉积成形中熔体流动、铺展、凝固成形机理,结果表明,在典型特征截面上搭接成形时,通过优化工艺参数,可以获得熔滴沉积中的主要特征因素与成形形貌、内部质量之间的影响规律,为后续复杂金属件的熔滴液流沉积成形提供了技术支持和参考依据.

ER5356铝合金焊丝TIG增材制造弧光强度及电弧形态分析

采用ER5356铝合金焊丝进行交流钨极氩弧焊(TIG)堆焊,高速摄像采集系统记录堆焊过程电弧形态,研究热输入及电流方式对成形件堆焊过程弧光强度、电弧形态及成形件宏观形貌的影响。结果表明,焊接线能量对电弧形态、弧光强度、成形件层宽、表面光洁度,以及起弧端凸起和熄弧端塌陷等均有显著影响。电流方式能有效调控起弧、稳态和熄弧阶段电弧形态、弧光强度及成形件形貌,并进一步对电弧形态及成形件形貌变化机制进行深入探讨。以上分析结果表明,采用低频交流脉冲调制堆焊工艺可获得较佳堆焊结构件,为实际工程应用提供理论依据及技术支撑。

超声辅助激光修复镍基高温合金V形槽

为了提高失效零件的修复质量,以V形槽为修复对象开展研究,在修复过程中引入超声振动.耦合声场、温度场与流场建立超声辅助激光修复V形槽的非线性瞬态模型,对修复过程熔池形貌及其温度场进行数值模拟,并开展相关实验研究,分析超声对修复区组织及性能的影响机制.数值模拟结果表明,超声振动能加速熔池流动与散热,提高熔深,细化晶粒并改善V形槽底部难熔区域的修复效果.金相、扫描电子显微镜和电子背散射衍射分析结果表明,在超声作用下,晶粒尺寸和一次枝晶间距得到细化,Laves相更加弥散,Nb元素的富集受到抑制;常温和高温硬度在超声作用下分别提高了11.1%、10.4%.研究表明,超声振动能有效改善镍基高温合金V形槽激光修复区的微观形貌,提高力学性能.

金属微喷熔滴沉积成形工艺数值模拟与验证

采用半隐式压力关联算法,通过引进VOF函数和分段线性界面结构(PLIC)构建自由曲面,建立了微喷金属熔滴流动和传热数值模型,模拟了7075铝合金熔滴成形过程中撞击速度、熔滴间距、基板温度和熔滴尺寸等工艺参数对成形形貌的影响规律,并对模拟结果进行了实验验证。结果表明:确定合理的撞击速度和熔滴间距是获得好成形精度和质量的关键,熔滴直径为100μm,间距为200μm的7075铝合金熔滴在初始温度为350 K的不锈钢基板上以1.5 m/s的初速度沉积成形时,可获得较好的成形效果。模拟结果与试验结果基本吻合,较好反映了实际成形过程中熔滴撞击、铺展和固化行为,为该工艺的实际应用提供了参考依据。

金属熔滴连续沉积、凝固重叠工艺及实验验证（英文）

系统研究了铝熔滴连续沉积到基板表面的瞬态传热传质现象,采用流体体积法(VOF)对连续沉积的金属熔滴在水平固定铝基板表面沉积进行3D建模。针对凝固传热过程中不同参数下熔滴在铝基板表面沉积、凝固进行了研究,通过数值计算与实验验证,各种工艺参数的影响,如喷射速度、基板温度、熔滴直径与碰撞最大铺展因子的影响,显示了很好的一致性。基于上述研究,成形形貌和内部微观结构之间的定量关系进一步验证了金属熔滴连续沉积、凝固重叠工艺的可行性。此工艺为金属微沉积制造实施有效的过程控制提供指导。

锻件工艺凸台增材工艺设计合理性评价模型

为了判断增材工艺凸台在滑轨预锻件内所产生的熔池及热影响区能否通过终锻锻出基体零件,对滑轨增材件进行终锻模拟,研究了滑轨终锻件上工艺凸台与基体结合面处的材料流动,确定了增材时滑轨基体上允许产生的最大熔池及热影响区范围,建立了能够有效地判断锻造增材工艺中基体形貌、增材形貌及工艺参数设计合理性的分界面模型。利用分界面模型对增材工艺凸台1、2进行分析,结果表明:增材工艺凸台1处形貌设计合理,但增材工艺凸台2处形貌设计需要进一步优化。分界面模型中心区域相对误差较小,但边界处容易失真,通过增大分界面模型面积或增大边界处点密度能够有效地减小测量区域的相对误差。