【摘要】：電弧增材制造作為一種新興的金屬增材制造技術(shù),由于其相比于成熟的高能束流金屬增材制造技術(shù)所具有的成形效率高、制造成本低以及成形構(gòu)件致密度高等優(yōu)勢(shì),被廣泛認(rèn)為是最具有潛力的且最有希望實(shí)現(xiàn)金屬構(gòu)件經(jīng)濟(jì)可靠增材制造的方法之一,尤其適用于在船舶、航空、航天等領(lǐng)域中大型金屬構(gòu)件的快速成形。針對(duì)目前電弧增材制造過(guò)程中由于焊接過(guò)程固有的熱輸入較大以及逐層堆積導(dǎo)致的“階梯效應(yīng)”而導(dǎo)致的成形精度較低以及成形性能較差等問(wèn)題。本文創(chuàng)造性地提出了一種基于電弧熱源的強(qiáng)制拘束型增材制造技術(shù)。與傳統(tǒng)的電弧增材制造相比,在該工藝中,通過(guò)熔化極焊絲與非熔化鎢極之間接觸起弧產(chǎn)生的間接電弧作為熱源,而不是傳統(tǒng)的焊絲與工件之間起弧。并且通過(guò)一個(gè)立方氮化硼(CBN)陶瓷噴嘴對(duì)產(chǎn)生的間接電弧以及液態(tài)熔滴施加強(qiáng)制拘束作用。在整個(gè)增材制造過(guò)程中,間接電弧在陶瓷噴嘴的機(jī)械壓縮以及熱壓縮作用下被拘束至豎直向下噴射,可以保溫向液態(tài)熔池過(guò)渡的液態(tài)熔滴并且為液態(tài)熔池補(bǔ)充必要的熱量。同時(shí)還可以拘束液態(tài)熔滴的軌跡,保證較高的精度。通過(guò)以上設(shè)置,可以通過(guò)改變焊接電參數(shù)以及焊槍高度實(shí)現(xiàn)焊接熱輸入的有效控制,熱輸入可控范圍較大,可實(shí)現(xiàn)在過(guò)熱熔滴到固態(tài)金屬熔滴之間轉(zhuǎn)變。同時(shí),可以通過(guò)控制焊接速度來(lái)控制增材制造層的幾何尺寸。根據(jù)設(shè)計(jì)的原理制造了強(qiáng)制拘束型電弧增材制造專(zhuān)用焊槍,并通過(guò)前期試驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)及測(cè)試,結(jié)果表明該專(zhuān)用焊槍可以實(shí)現(xiàn)所設(shè)計(jì)的原理,焊接過(guò)程穩(wěn)定,并實(shí)現(xiàn)焊槍的一體化。并使用專(zhuān)用焊槍進(jìn)行了低合金鋼的增材制造試驗(yàn),探究了低合金鋼單層單道焊縫的成形規(guī)律,分別討論不同的保護(hù)氣流量、焊接速度、焊接電參數(shù)及陶瓷噴嘴出口直徑對(duì)單層單道焊縫成形的影響機(jī)制,并利用探索的工藝參數(shù)進(jìn)行了連續(xù)雙層單道焊縫的增材制造。對(duì)單層及雙層焊縫截面微觀組織進(jìn)行了分析,結(jié)果表明,焊縫內(nèi)主要由細(xì)小的針狀鐵素體及少量的粒狀貝氏體組成,焊縫組織均勻,無(wú)明顯的各向異性的柱狀晶存在,說(shuō)明焊接熱輸入較小。雙層單道焊縫的顯微硬度測(cè)試表明,一二層之間硬度較為均勻,不存在硬度突變的區(qū)域。除此以外,采用高速攝像系統(tǒng)對(duì)不同焊接參數(shù)下的電弧形態(tài)、熔滴過(guò)渡行為及液態(tài)熔池形態(tài)進(jìn)行了觀察分析,研究各種因素對(duì)其的影響,探究焊接過(guò)程的成形機(jī)制,為增材制造層的成形控制提供了理論依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TG661
【圖文】：

第一章引言逡逑到迅速的發(fā)展。圖１－１展示了自１９９３年到２０１３年全球３Ｄ打印產(chǎn)品和服務(wù)市場(chǎng)逡逑產(chǎn)值情況［２５］，可見(jiàn)總體而言全球３Ｄ打印產(chǎn)值呈穩(wěn)定上升的趨勢(shì)，尤其是近年來(lái)逡逑隨著信息技術(shù)的普及，桌面化３Ｄ打印平臺(tái)逐漸進(jìn)入人們的家里，并且各國(guó)政府逡逑紛紛出臺(tái)相應(yīng)的政策，大力支持增材制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，使全球３Ｄ打印產(chǎn)值得到逡逑極大的X棾ぃ郟玻叮蕁ｅ義

本文編號(hào)：2739370