【摘要】：電弧增材制造(Wire Arc Additive Manufacture,WAAM)技術(shù)是一種利用電弧將焊絲熔積成型的新型制造方法,基本原理是“分層制造,逐層堆積”。WAAM成形件致密度高、生產(chǎn)效率高、成本低,但在連續(xù)的熱循環(huán)作用下,容易引起材料內(nèi)部組織的復(fù)雜轉(zhuǎn)變,同時(shí)使零件產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力及變形,影響零件的成形精度,并增加零件性能控制的難度。本文利用旁路耦合微束等離子弧焊(Double-Electrode Micro-Plasma Arc Welding,DE-MPAW)技術(shù),進(jìn)行304不銹鋼電弧增材制造的研究,分析工藝參數(shù)、堆積層數(shù)及堆垛順序?qū)蔚蓝鄬颖”诩尚芜^程中的熱過程、晶粒組織及基板翹曲變形的影響,為更好地控制增材過程中的熱輸入、優(yōu)化零件組織、預(yù)測(cè)并改善基板的變形提供試驗(yàn)基礎(chǔ)和理論依據(jù)。首先,針對(duì)旁路耦合微束等離子弧焊增材制造過程中的熱物理過程,利用K型熱電偶測(cè)量堆垛過程中不同焊接速度、不同旁路電流和不同堆垛順序的熱循環(huán)曲線,分析堆垛成形時(shí)各參數(shù)對(duì)母材熱輸入的影響。結(jié)果表明,隨著焊接速度的增大,母材熱輸入減少;在合適的旁路電流區(qū)間內(nèi),增加旁路電流,母材熱輸入減少;同時(shí)同向堆垛散熱性要優(yōu)于往復(fù)堆垛。然后,利用金相顯微鏡和維氏顯微硬度儀等手段,并結(jié)合增材過程中所測(cè)得的熱循環(huán)曲線,研究304不銹鋼堆垛件的晶粒組織和顯微硬度,分析堆垛高度、旁路電流及堆垛順序?qū)M織和硬度的影響。結(jié)果表明,當(dāng)增大旁路電流,堆垛件組織的枝晶間距先減小后增大;堆垛順序?qū)M織的影響表現(xiàn)為不同的散熱方向,導(dǎo)致枝晶生長方向發(fā)生改變。顯微硬度則沿著堆積高度方向緩慢降低,且隨著旁路電流增大,硬度先增大后降低;同時(shí)堆垛順序?qū)τ捕鹊挠绊懖⒉幻黠@。最后,利用CCD攝像機(jī)拍攝增材制造過程中單端約束下基板的翹曲變形,分析研究堆積層數(shù)、焊接電流、旁路電流和堆垛順序各參數(shù)對(duì)基板沿Z軸變形的影響。結(jié)果表明,隨堆積層數(shù)的增加,基板的Z軸變形量總是先增大后降低,最后趨于穩(wěn)定;增大焊接電流,基板的變形量也增大;而在不同的旁路電流下,基板的變形量不同;同時(shí)同向堆垛時(shí)基板的變形量要大于往復(fù)堆垛的。綜上所述,在旁路耦合微束等離子弧焊增材制造中,精確控制旁路電流、合理規(guī)劃堆垛路徑可較好地控制增材制造的熱過程、優(yōu)化堆垛件的組織并改善基板的變形,進(jìn)而提高堆垛件的性能和精度。
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG661

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本文編號(hào)：2724405