【摘要】：基于冷金屬過(guò)渡技術(shù)的增材制造(CMT-AM)是一種以焊絲為熔覆材料、以CMT焊機(jī)在基板或者前熔覆層與焊絲之間產(chǎn)生的電弧為熱源的累加式快速成型結(jié)構(gòu)件的增材方法,其具有周期短、效率高等優(yōu)點(diǎn)。本課題仿生天然貝殼珍珠層結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)出軟硬雙金屬多層交織結(jié)構(gòu),分別以ER316L與高氮鋼(HNS)兩種材料為研究對(duì)象,研究增材工藝對(duì)于宏觀尺寸、微觀組織以及力學(xué)性能的影響,并分析其原因。再通過(guò)對(duì)比異種材料增材制造多層交織材料時(shí)不同增材路徑的性能差異,對(duì)CMT增材制造多層交織材料構(gòu)件的工藝進(jìn)行研究。首先進(jìn)行ER316L材料的CMT增材制造(ER316L-CMT-AM)的工藝試驗(yàn)研究。分別研究熔覆熱輸入與層間冷卻溫度對(duì)增材制造直壁體宏觀尺寸、微觀結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能等方面的影響規(guī)律。確定在CMT-AM中ER316L的凝固模型為鐵素體-奧氏體模型。分析直壁試樣在增材過(guò)程中熔覆層底端、中部、頂部組織的晶粒生長(zhǎng)方向。研究發(fā)現(xiàn),直壁體的晶粒尺寸與熔覆速度成負(fù)相關(guān),與熱輸入量正相關(guān),并確定最佳的層間冷卻溫度。其次,對(duì)HNS材料的增材制造(HNS-CMT-AM)進(jìn)行工藝研究。研究熔覆熱輸入對(duì)于HNS增材成型中所含氮元素的影響,進(jìn)而確定其在不同氮元素含量下的凝固模型,并確定其組織結(jié)構(gòu)。研究在不同氮元素含量下的直壁體硬度及拉伸性能,并利用掃描電鏡觀察拉伸斷口韌窩以分析拉伸斷裂方式。然后,對(duì)CMT-AM雙金屬多層交織構(gòu)件進(jìn)行工藝參數(shù)及交織路徑的研究。確定相鄰熔覆道的最佳重疊間距,研究異材界面的組織構(gòu)成及生長(zhǎng)方向。在增材制造雙金屬多層交織構(gòu)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與HNS界面結(jié)合處,硬度分布在280HV-290HV附近。HNS與ER316L組成的雙金屬多層交織結(jié)構(gòu)的拉伸性能是低于HNS的拉伸強(qiáng)度而高于ER316L的。其抗沖擊性能相比于兩種材料,也有了極大的提升。最后依據(jù)貝殼珍珠層的結(jié)構(gòu)特征,采用軟硬材料交織、層間角度交錯(cuò)的形式,建立交織結(jié)構(gòu)的三維立體模型,設(shè)計(jì)軟硬材料成分比例。采用雙面增材制造方法,完成30°層間交錯(cuò)增材制造多層交織構(gòu)件,整體熔覆效率達(dá)到0.1097kg。
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG142
【圖文】：

熔滴過(guò)渡又重新開始。此方法在短路過(guò)渡時(shí)幾乎無(wú)電流，而通過(guò)焊絲自動(dòng)的回抽復(fù)送逡逑機(jī)制實(shí)現(xiàn)了快速的“高溫－低溫－高溫”反復(fù)輪換過(guò)程，從而很好地減小了熱輸入量。逡逑圖１．１為高速攝像機(jī)記錄的ＣＭＴ焊接過(guò)程中熔滴變化情況。逡逑ＬＬ邋１±逡逑（ａ）電弧產(chǎn)生邐（ｂ）電弧熄滅邐（ｃ）焊絲縮回邐（ｄ）反向運(yùn)動(dòng)逡逑圖１．１邋ＣＭＴ技術(shù)焊接熔滴變化過(guò)程逡逑ＣＭＴ技術(shù)焊接熔滴變化過(guò)程大概分為四大部份：逡逑（１）

熔滴過(guò)渡又重新開始。此方法在短路過(guò)渡時(shí)幾乎無(wú)電流，而通過(guò)焊絲自動(dòng)的回抽復(fù)送逡逑機(jī)制實(shí)現(xiàn)了快速的“高溫－低溫－高溫”反復(fù)輪換過(guò)程，從而很好地減小了熱輸入量。逡逑圖１．１為高速攝像機(jī)記錄的ＣＭＴ焊接過(guò)程中熔滴變化情況。逡逑ＬＬ邋１±逡逑（ａ）電弧產(chǎn)生邐（ｂ）電弧熄滅邐（ｃ）焊絲縮回邐（ｄ）反向運(yùn)動(dòng)逡逑圖１．１邋ＣＭＴ技術(shù)焊接熔滴變化過(guò)程逡逑ＣＭＴ技術(shù)焊接熔滴變化過(guò)程大概分為四大部份：逡逑（１）

碩上學(xué)位論文逡逑許慶偉等人［｜２］采用ＣＭＴ技術(shù)研究了鎂合金與表面鍍鋅的鋼板之間的點(diǎn)焊工藝，逡逑得到了點(diǎn)熔釬焊接頭，如圖１．３所示。得出結(jié)論，在利用ＣＭＴ技術(shù)點(diǎn)焊鎂合金與表面逡逑鍍鋅的鋼板時(shí)，在適當(dāng)?shù)姆秶畠?nèi)，焊接工藝參數(shù)較小時(shí)，焊接接頭的斷裂呈現(xiàn)出剪逡逑切斷裂的特征，無(wú)法達(dá)到質(zhì)量要求。如果焊接工藝參數(shù)較大時(shí)，焊接接頭的斷裂可以逡逑呈現(xiàn)出較為明顯的撕裂特征，此時(shí)的焊接接頭性能較為良好。逡逑ｌｃ）７Ｗ？邋？＊＊＃＊？！邐？｜７邋號(hào)邋ＫＷＭＨＭＷＢ邐ａｉｄ？？逡逑圖１．３不同接頭的斷裂方式及載荷一位移曲線逡逑（２）用于焊接金屬薄板及超薄板材。逡逑利用ＣＭＴ技術(shù)熱輸入量小等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)超小電流、電壓的金屬薄逡逑板、超薄板焊接［１３］，而且焊后焊縫成形美觀，質(zhì)量重復(fù)精度高，焊件變形小還不易燒逡逑穿。逡逑國(guó)外學(xué)者Ｒｅｎｎｏ邋Ｖｅｉｎｔｈａｌ等人ｔ１？分析了采用ＣＭＴ焊接不銹鋼、鋁合金薄板的接頭逡逑厚度閾值并得到了良好的工藝參數(shù)和成形效果。逡逑李琳等研究分析了冷金屬過(guò)渡技術(shù)在工程設(shè)備上的應(yīng)用現(xiàn)狀，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得逡逑了質(zhì)量較好的焊接接頭和適用于實(shí)際制造過(guò)程的焊接工藝參數(shù)，如圖１．４所示。結(jié)果顯逡逑示

【參考文獻(xiàn)】

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