超声冲击辅助熔化极电弧增材制造316L不锈钢的组织和性能研究

采用超声冲击辅助熔化极电弧增材进行了316L不锈钢单墙体成形试验,对比研究了超声冲击辅助对成形件组织和性能的影响。结果表明,成形件的组织均由奥氏体和铁素体组成。引入超声冲击后成形件组织细化,晶粒尺寸平均值较未冲击件晶粒尺寸平均值减小了57.1%;铁素体含量由未冲击件的2.4%增加至超声冲击后的6.7%。成形件显微硬度和拉伸性能提高,显微硬度平均值为(182±8.9)HV,较未冲击件提高了5.2%。横向抗拉强度和延伸率分别为(595±14.4)MPa、(44±6.8)%,纵向抗拉强度和延伸率分别为(604±20.7)MPa、(36±3.4)%。

等离子弧异质异构增材制造构件的组织与力学性能分析

采用等离子弧增材系统实现了不锈钢/高强钢异质异构增材构件制备,等离子弧增材构件具有良好的沉积形貌及优异的力学性能.为揭示叠合方式对等离子弧异质增材构件的宏微观组织和力学性能特征影响,研究采用了体视显微镜、金相显微镜、拉伸及硬度等测试方法.结果表明,不锈钢/高强钢异质异构增材构件中存在两种过渡形式,即以奥氏体枝晶过渡和马氏体组织过渡.增材构件横截面硬度波动较大,主要是混合过渡区域的高合金元素导致的组织变化引起的.叠合方式的改变能够显著影响材料性能,在强度下降不多的情况下,提高材料的冲击韧性.

等离子异质增材过渡区的组织性能研究

采用等离子增材系统制备了不锈钢/高强钢异质增材构件,构件内部无气孔、未熔合、夹渣等缺陷。为研究异质过渡界面组织特征,采用了体视显微镜、金相显微镜以及扫描电镜等测试方法。测试结果表明,高强钢熔敷不锈钢时,会产生宽度为1.1mm的过渡区,但不锈钢熔敷高强钢就不会产生明显的过渡区。不锈钢/高强钢之间存在3种界面,I型界面由不锈钢、高强钢以及熔合界面组成;II型界面的熔合界面不明显,在高强钢和不锈钢被马氏体区分隔开来;将不锈钢、奥氏体铁素体混合区和过渡区定义为III型界面。通过对界面处进行EDS分析,结果表明在I型界面,Cr和Ni含量会发生突变,但在II型界面和III型界面,成分变化较为缓慢,变化宽度分别为70μm和40μm。对界面区域进行显微硬度测试,测试结果表明硬度突变宽度与成分变化宽度趋势一致,从大到小依次为II型界面>III型界面>I型界面。

多维异质异构大型构件智能增材制造研究进展

电弧增材是近年发展起来的一种高效率、低成本、高性能、低精度整体制造方法,可成形超高强钢、轻合金等多种金属构成的一体化高性能构件.电弧-激光复合、增材-形变、增材-减材等复合成形技术,可进一步提高成形精度,提升构件韧性,更好地成形异质异构构件.本文从多维异质异构概念内涵、电弧复合增材技术、电弧增材过程智能控制等方面对多维异质异构大型构件智能电弧增材技术进行了综述,重点分析了增材过程参数-熔池视觉-应力-变形等协同传感技术;利用深度学习等人工智能方法,在线调整工艺参数,控制缺陷、抑制应力、减小变形,研制的大型多维异质构件多机器人智能复合增材装备,最大可增材10 m×4 m×4 m多金属构件;分析了电弧增材构件微观组织演变、静(动)态力学性能和抗超高速冲击性能特征;最后,指出了多维异质异构增材技术的4大发展趋势.

异质层状钛合金增材构件微观组织与力学性能

采用双丝等离子实现了TC4与TA2交替沉积的异质层状钛合金构件的增材制造,构件具有良好的沉积形貌及力学性能。采用了OM、SEM、背散射电子衍射技术(EBSD)、XRD等方法对构件进行了微观组织表征,并结合显微硬度和压缩性能测试了其力学性能。研究结果表明:TA2和TC4区域主要组织分别是由片层α相和α+β的网篮组织/集束组织组成。各区域晶粒沿着热流反方向凝固生长,TC4区域与TA2区域的晶界特征和晶体取向具有相似规律,但由于异质材料相生长差异,层与层之间β相晶粒生长方向发生改变,TC4区域的原始β相会沿着已沉积TA2区域晶粒某一择优取向生长,进而限制了β相连续生长为粗大柱状晶。层状结构中TC4区域的硬度明显高于TA2区域,并沿着沉积方向硬度呈现增加的趋势。增材构件沿着不同方向具有接近的抗压强度,近2.0 GPa,但是TC4和TA2交替形成的层状特殊结构,其沿着沉积方向具有高的断裂应变(0.33),沿着扫描方向具有高的屈服强度(1133 MPa)。

载波调制型MOSFET驱动电路的设计与实现

为了改善传统MOSFET隔离驱动电路传输信号频率变化范围小、占空比低、波形失真严重等问题,以MOSFET开关管在脉冲电子束焊接电源中的应用为出发点,采用载波调制与脉冲变压器隔离的方法设计了一种频率、占空比均可大范围调节的MOSFET驱动电路,并对电路的工作原理和参数设计进行了详细分析。设计的MOSFET驱动电路可实现60 kV的高电压隔离,输出驱动信号上升时间为0.3μs,下降时间为1.8μs,传输的PWM脉冲信号不受占空比范围限制,可传输占空比为0~100%的PWM脉冲信号。搭建测试平台对驱动电路进行了测试,结果表明该驱动电路能够满足0~20k Hz脉冲电子束焊接电源脉冲控制信号传输与隔离的需求,为MOSFET功率开关管在脉冲电子束焊机等高电压大功率领域的广泛应用奠定了技术基础。

TC4钛合金脉冲电子束焊温度场模拟仿真

为了分析脉冲电子束焊过程中温度场变化行为,文中采用改进的圆锥体热源和高斯面热源组成的组合热源对TC4钛合金薄板脉冲电子束焊温度场进行了模拟仿真,分析了脉冲特征参数对焊接温度场的影响规律。脉冲束流主要对工件的加热和初始冷却过程有影响,使焊缝区温度出现脉冲效应,焊缝中心峰值温度高于直流电子束焊接的,而在工件冷却过程中,由于温度脉冲作用,焊缝熔池冷却速度加快。随着频率的提高,焊缝区温度脉冲效应减弱,焊缝中心峰值温度有所下降;束流基值相同条件下,占空比较大时,能够增强焊缝区温度脉冲效应;在平均束流相同时,随着束流基值、峰值之间差值的增大,温度脉冲效应更加显著,使焊缝中心峰值温度升高,并能够加快脉冲周期内熔池的冷却。

铝合金/不锈钢异质金属激光焊接头组织及性能研究

采用316L不锈钢薄板与6063铝合金板作为焊接材料进行纳秒脉冲激光搭接焊接试验,分析了激光扫描路径和激光参数对铝/钢纳秒脉冲激光焊接头界面形貌特征及金属间化合物相组成的影响,并对接头力学性能进行试验。试验结果表明,在靠近钢侧焊缝产生了Fe_(3)Al及FeAl化合物,靠近铝侧为FeAl_(3),Fe_(2)Al_(5),FeAl_(2)化合物。拉伸试验结果显示断裂位置为金属间化合物层内部,为明显的脆性断裂,焊缝可承受的最大剪力达225 N。

基于RobotStudio的电池托盘焊装产线设计与仿真

以铝合金电池托盘为研究对象,结合电池托盘的材料、结构及工艺特点和要求,设计了CMT+FSW组合式焊接工艺及其制造流程;利用RobotStudio平台进行电池托盘机器人焊装产线设计、建模与离线编程,创建了输送链、吸盘、变位机的动态Smart组件和I/O信号,将Smart组件的I/O信号与机器人的I/O信号关联,优化了电池托盘焊装产线的动作流程和工作站逻辑,实现了电池托盘输送、焊接、搬运等全制造流程仿真,为汽车电池托盘制造工艺和装备设计提供了理论依据。

TiN对激光焊接TiAl基合金相变织构及晶粒细化的影响

针对TiAl基合金激光焊接过程中出现的裂纹问题,利用扫描电镜(SEM)及电子背散射衍射(EBSD)等方法研究了TiN相对接头焊缝相变织构及晶粒细化的影响。研究结果表明:当焊缝中没有TiN相时,焊接接头成形良好且没有缺陷,焊缝组织主要为Burgersα_(2)相,焊缝区域的完整凝固路径为L→L+β→β+α→α+γ→α_(2)+γ;当焊缝中存在TiN相时,焊接接头产生了贯穿性裂纹缺陷,主要原因是TiN是一种脆硬相,在激光焊接过程中极易引发裂纹。焊缝组织主要由TiN枝晶相及non-Burgersα_(2)相组成,同时TiN相和α_(2)相之间存在一定的取向关系即{111}_(TiN)//{0001}α_(2)。TiN相对焊缝组织有晶粒细化作用。焊缝区域的完整凝固路径为L→TiN+L→TiN+β→TiN+α+γ→TiN+α_(2)+γ。