增材制造文獻(xiàn)

基于開源切片路徑規(guī)劃的機(jī)器人電弧增材制造系統(tǒng)/洪恩航， 等. 焊接學(xué)報， 2021， 42（11）： 65-69.

為提高電弧增材制造的靈活性和路徑規(guī)劃可靠性，使用ABB IRB1410工業(yè)機(jī)器人和Fronius CMT TPS3200焊接電源，通過Python自主編程利用開源切片軟件Cura，成功搭建了電弧增材制造系統(tǒng)，自主開發(fā)了電弧增材制造軟件，并進(jìn)行了4043鋁合金電弧增材成形.結(jié)果表明，自主開發(fā)的電弧增材軟件能夠讀取開源切片軟件Cura輸出的二維路徑數(shù)據(jù)，并進(jìn)行轉(zhuǎn)換和輸入工業(yè)機(jī)器人，控制焊槍運(yùn)行路徑和焊接電源運(yùn)行參數(shù)，有效實現(xiàn)電弧增材制造.使用直徑1.2 mm的4043鋁合金焊絲，在送絲速度為3.2 m/min、焊接速度8 mm/s、層高1.65 mm、氬氣保護(hù)氣體流量15 L/min條件下，分別成功制備71層單道多層試樣和58層單道多層殼體零件.試樣微觀組織分析結(jié)果表明，成形件凝固組織為典型柱狀晶，層與層之間搭接良好.殼體零件形狀完整、表面質(zhì)量良好.

預(yù)熱溫度對GTA增材制造鈦鋁合金組織及性能的影響/蔡笑宇， 等. 焊接學(xué)報， 2021， 42（10）： 14-21.

高溫結(jié)構(gòu)材料TiAl金屬間化合物的可加工性較差，復(fù)雜結(jié)構(gòu)成形技術(shù)難度大，制造成本高.電弧增材可以實現(xiàn)TiAl基合金的原位低成本柔性制造，但制造過程中仍需注意裂紋控制問題.預(yù)熱處理通過改善組織可以有效抑制裂紋產(chǎn)生.文中以Ti6Al4V與ER1100純鋁焊絲作為原材料，在200，300，450 ℃的預(yù)熱溫度下利用TIG焊原位合成了鋁含量為50%（原子分?jǐn)?shù)）的TiAl基合金，考察了不同預(yù)熱溫度下TIG電弧增材制造的鈦鋁合金的組織與力學(xué)性能.結(jié)果表明，隨著預(yù)熱溫度的增加，構(gòu)件的頂部與中部區(qū)域逐漸在γ/α2層片團(tuán)的晶界析出更多的塊狀γ相，底部組織變化不明顯.預(yù)熱溫度的增加使得合金中γ相增多而α2相減少，導(dǎo)致合金室溫硬度減少.同時，彌散分布的塊狀γ相的增多，使得構(gòu)件的壓縮性能提升，當(dāng)預(yù)熱溫度為450 ℃時，構(gòu)件抗壓強(qiáng)度與壓縮率最高.高熵非晶材料及其增材制造技術(shù)研究進(jìn)展/舒鳳遠(yuǎn)， 等. 焊接學(xué)報， 2021， 42（9）： 1-8.

高熵非晶合金具有獨(dú)特的物理、化學(xué)和力學(xué)性能以及更好的熱穩(wěn)定性，因而其制備技術(shù)成為國內(nèi)外重要的研究熱點(diǎn)之一.然而利用傳統(tǒng)技術(shù)制備高熵非晶材料時會產(chǎn)生晶粒粗大及材料浪費(fèi)等缺點(diǎn)，難以滿足工藝生產(chǎn)需要.而增材制造技術(shù)的精準(zhǔn)制造和快速冷卻等特點(diǎn)可以解決這一問題，制備出各項性能優(yōu)越的高熵非晶合金.簡要介紹了高熵非晶材料的研究體系和常用制造方法，著重闡述了高熵非晶材料的斷裂強(qiáng)度、耐腐蝕性和熱穩(wěn)定性的研究，對增材制造技術(shù)的工藝特征和優(yōu)勢，以及利用增材制造技術(shù)制備高熵非晶合金的科學(xué)難點(diǎn)作出了總結(jié).結(jié)果表明，利用增材制造技術(shù)有利于獲得致密均勻的高熵非晶材料，但對于非晶相形成的解釋僅限于高熵合金4大效應(yīng).最后闡述了近年來利用常用的兩種增材制造手段制造高熵非晶合金的研究，并對增材制造技術(shù)制備高熵非晶材料的發(fā)展趨勢提出了展望.

微弧等離子增材制造NiCr合金的分子動力學(xué)數(shù)值模擬/袁曉靜， 等. 焊接學(xué)報， 2021 ，42（8）： 25-32.

微弧等離子增材制造NiCr合金快速凝固過程對增材制造的結(jié)構(gòu)件微觀組織結(jié)構(gòu)性能具有重要影響.采用分子動力學(xué)對微弧等離子增材制造NiCr合金構(gòu)件生長過程中溫度場變化及等軸晶生長過程進(jìn)行模擬.結(jié)果表明，冷卻速率為3.38 K/ps和0.675 K/ps時，NiCr體系呈現(xiàn)非晶凝固，0.077 5 K/ps冷卻速率下，NiCr體系自發(fā)形核長大，實現(xiàn)等軸晶凝固結(jié)晶過程，這為微弧等離子增材制造組織演變研究提供了理論支撐.

Nb合金化對電弧增材制造NiTi基形狀記憶合金的影響/許博， 等. 焊接學(xué)報， 2021， 42（8）： 1-7.

NiTi合金是一種應(yīng)用廣泛的形狀記憶合金，其中Ti47Ni44Nb9成分的合金是一種可靠的航空管接頭材料.采用雙絲電弧增材制造（WAAM）的方法制備了Ni52Ti48合金，并以Nb元素進(jìn)行了原位合金化得到了Ti47Ni44Nb9合金，研究了其典型組織、壓縮性能、相變溫度與形狀記憶效應(yīng)，分析了Nb元素的添加對WAAM鎳鈦合金組織及性能的影響.結(jié)果表明，加入Nb元素后，合金的組織除B2相晶粒外，還在晶界處有細(xì)小的βNb相析出，使得合金的壓縮強(qiáng)度在橫向與縱向上分別增加了7.9%與3.1%，形狀記憶回復(fù)率則下降了4.0%，相變溫度滯后從-6.4 ℃提升至40.9 ℃，使得該材料作為記憶合金管接頭時更加利于儲存與裝配.

電弧熔絲增材制造鈦/鋁復(fù)合材料的組織與性能/夏玉峰， 等. 焊接學(xué)報， 2021， 42（8）： 18-24.

通過基于冷金屬轉(zhuǎn)移的電弧熔絲增材制造技術(shù)制備了鋁/鈦復(fù)合材料.觀察到鈦/鋁結(jié)合界面存在元素擴(kuò)散，形成一定厚度的中間反應(yīng)層，表明界面結(jié)合良好.同時，通過硬度測試得到界面附近的硬度介于鈦側(cè)與鋁側(cè)之間，這主要是由于元素擴(kuò)散導(dǎo)致界面附近生成了硬脆金屬間化合物.考慮到不同的復(fù)合比會導(dǎo)致不同力學(xué)性能，通過拉伸試驗，研究了復(fù)合比對帶缺口的鈦/鋁復(fù)合材料拉伸力學(xué)性能的影響規(guī)律.結(jié)果表明，在持續(xù)拉伸載荷作用下，鈦/鋁復(fù)合材料的兩組成層之間相互影響.隨著復(fù)合比的增加，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度增加，斷后伸長率由于受鈦鋁之間冶金反應(yīng)的影響較大，當(dāng)鈦/鋁試樣具有較低復(fù)合比時，其斷后伸長率甚至小于單一沉積鋁，隨后才隨著復(fù)合比的增加而增大.另外，運(yùn)用ABAQUS補(bǔ)充了多組復(fù)合比下鈦/鋁復(fù)合材料的拉伸過程，得到了復(fù)合比與屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的關(guān)系式.

電弧增材制造中空間曲面等距路徑規(guī)劃算法/李鑫磊， 等. 焊接學(xué)報， 2021， 42（7）： 14-20.

基于曲面分層的增材制造是目前研究熱點(diǎn)之一.相比于平面路徑規(guī)劃，在曲率任意變化的復(fù)雜空間曲面上進(jìn)行路徑規(guī)劃算法研究較少，尤其是等距路徑規(guī)劃算法.提出了一種基于體素化和曲線積分思想的空間曲面等距路徑規(guī)劃算法，算法主要包括體素化模型、計算體素點(diǎn)到源曲線的測地距離、生成增材路徑等步驟.該算法精度可控，其精度主要由模型體素化密度決定;與掃描線法相比，從根本上避免了平移路徑時由于局部和全局自相交生成的無效環(huán)，提高了計算效率.最后，選取3種典型曲面，分別為由平面組成的簡單曲面、圓柱曲面、B樣條曲面，進(jìn)行空間曲面等距路徑規(guī)劃，已驗證算法的適用性，并在圓筒試件上進(jìn)行曲面分層GMAW電弧增材驗證試驗.結(jié)果表明，該算法可以滿足電弧增材制造的精度要求.

308L不銹鋼熱絲等離子弧增材構(gòu)件組織和性能/馮曰海， 等. 焊接學(xué)報， 2021， 42（5）： 77-83.

隨著增材構(gòu)件重量的大幅度增加和形狀復(fù)雜性的急速提升，增材時間成本占比越來越高，為了在保持焊槍達(dá)到盡可能多空間位置的基礎(chǔ)上，提高熔敷效率，降低時間成本比例，提出了熱絲等離子弧增材制造工藝.分別采用冷絲等離子弧增材制造（CWPAM）和熱絲等離子弧增材制造（HWPAM）兩種工藝進(jìn)行了50層直壁體增材對比試驗，研究了HWPAM工藝的特性，并對增材試樣的顯微組織和力學(xué)性能進(jìn)行對比分析.結(jié)果表明，HWPAM工藝的平均熔敷效率提高了105%，在電弧行進(jìn)速度為20 cm/min時，熔敷金屬損失率最多可降至1.42%，比CWPAM工藝降低了6.18%.在電弧行進(jìn)速度為50 cm/min時，試樣內(nèi)部存在大量非等軸鐵素體，平均晶粒直徑從CWPAM工藝的8.37 μm細(xì)化到7.62 μm. HWPAM試樣的抗拉強(qiáng)度均在700 MPa以上，斷后伸長率最高可達(dá)到53%，比CWPAM工藝提高了6.25%.

薄壁中空環(huán)形件的電弧增材制造工藝分析/薛丁琪， 等. 焊接學(xué)報， 2021， 42（4）： 42-48.

基于冷金屬過渡技術(shù)，研究了全封閉薄壁中空環(huán)形件的電弧增材制造工藝.首先在單層單道熔敷層圓弧形截面輪廓的基礎(chǔ)上推導(dǎo)了單道多層熔敷層的疊加數(shù)學(xué)模型;其次建立了可根據(jù)薄壁結(jié)構(gòu)尺寸獲取合理工藝參數(shù)的等體積電弧增材模型，最后通過試驗數(shù)據(jù)驗證了模型的可靠性.基于該模型，建立了工藝參數(shù)（送絲速度、電弧移動速度）與成形件尺寸之間的關(guān)系，在優(yōu)化的增材工藝下成形出了外觀質(zhì)量良好的薄壁中空環(huán)形工件，并將成形件掃描得到的實際輪廓與理論輪廓進(jìn)行對比，驗證了疊加模型和等體積增材模型的準(zhǔn)確性以及工藝的可行性.

等離子弧增材制造雙金屬交織結(jié)構(gòu)微觀組織及力學(xué)性能/郭順， 等. 焊接學(xué)報， 2021， 42（3）： 14-19.

以18Ni高強(qiáng)鋼和高氮奧氏體不銹鋼為絲材，采用等離子弧增材制造高強(qiáng)鋼-高氮鋼雙金屬交織結(jié)構(gòu)，通過對高強(qiáng)鋼-高氮鋼雙金屬交織結(jié)構(gòu)的微觀組織觀察、顯微硬度及抗拉強(qiáng)度等力學(xué)性能試驗研究了雙金屬交織結(jié)構(gòu)的組織轉(zhuǎn)變特征及其與力學(xué)性能關(guān)系.結(jié)果表明，在高氮鋼區(qū)域顯微組織主要為奧氏體等軸晶及樹枝晶，高強(qiáng)鋼區(qū)域為板條狀馬氏體.高強(qiáng)鋼區(qū)域硬度變化范圍為480～500 HV;高氮鋼區(qū)域硬度變化范圍為310～320 HV.拉伸試驗結(jié)果表明，交織結(jié)構(gòu)在x向抗拉強(qiáng)度均值為1 092 MPa，略低于y向抗拉強(qiáng)度1 189 MPa;x向斷后伸長率均值為20.0%，與y向斷后伸長率19.5%相差不大;斷口呈暗灰色、明顯纖維狀，分布有大量的等軸韌窩，韌窩尺寸大而深，斷口邊緣存在明顯剪切唇區(qū)，屬于韌性斷裂.

典型薄壁結(jié)構(gòu)件增材制造焊接路徑規(guī)劃優(yōu)化算法/李天旭， 等. 焊接學(xué)報， 2021， 42（2）： 69-74.

針對復(fù)雜曲面薄壁件的電弧增材制造引入有理B樣條曲線求取成形軌跡.首先根據(jù)預(yù)制件三維模型提取輪廓數(shù)據(jù)建立軌跡曲線方程，自動生成成形路徑;然后通過邊緣曲線方程計算預(yù)制件在z軸方向上偏移量，進(jìn)行高度補(bǔ)償預(yù)測，提高分層精度，實現(xiàn)基于高度預(yù)測的分層算法優(yōu)化.另一方面針對具有相交特征的薄壁件交叉點(diǎn)處焊高過高等問題，基于相反、相切成形路徑思想設(shè)計最佳路徑，同時可以盡量減小由于應(yīng)力集中和熱累計產(chǎn)生的誤差.最后通過試驗得到不同焊接參數(shù)下對應(yīng)焊縫尺寸，確定合適的焊接參數(shù)范圍，并通過典型復(fù)雜薄壁件的成形試驗驗證優(yōu)化算法可行性.結(jié)果表明，電弧增材制造成形路徑規(guī)劃優(yōu)化算法提高了分層精度，實現(xiàn)了基于高度預(yù)測的分層算法優(yōu)化，并且制備的實體件表面成形良好，成形尺寸誤差在可接受范圍內(nèi)，此算法可以應(yīng)用在制備薄壁結(jié)構(gòu)件過程中.

不同路徑下316不銹鋼電弧增材組織和性能/劉黎明， 等. 焊接學(xué)報， 2020， 41（12）： 13-19.

以316不銹鋼為材料，探討了平行往復(fù)、"十"字正交、插補(bǔ)堆積三種不同路徑下TIG電弧增材試件微觀組織及力學(xué)性能的差異.結(jié)果表明，三組試件中部組織存在明顯差異，平行往復(fù)試件樹枝晶粗大發(fā)達(dá)，生長方向高度一致."十"字正交試件樹枝晶生長方向多，枝晶紊亂，層間過渡區(qū)域大.插補(bǔ)堆積試件二次枝晶不發(fā)達(dá)，組織細(xì)密.在顯微硬度方面，三組試件的維氏硬度自底板至頂部呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢，平行往復(fù)試件顯微硬度最大.在拉伸性能方面，平行往復(fù)試件縱向抗拉強(qiáng)度最高，縱向受力時可采用該方式增材.插補(bǔ)堆積試件橫向抗拉強(qiáng)度最高，橫向受力時可采用該方式增材."十"字正交試件力學(xué)性能表現(xiàn)出各向同性，多向受力且對塑性要求較高時可采用該方式增材.

基于分區(qū)減光的電弧增材制造熔敷道尺寸主被動聯(lián)合視覺檢測/韓慶璘， 等. 焊接學(xué)報， 2020， 41（9）： 28-32.

設(shè)計了電弧增材制造熔敷道成形尺寸主被動聯(lián)合視覺檢測方法，以克服結(jié)構(gòu)光主動視覺傳感的滯后性與被動視覺傳感的信息單一性.為了實現(xiàn)極高亮度的熔池與極低亮度的結(jié)構(gòu)光條紋在同一CCD靶面同時清晰成像，提出了分區(qū)減光策略，對熔池與結(jié)構(gòu)光條紋進(jìn)行差異化的減光，使二者光強(qiáng)在減光之后水平相當(dāng)，進(jìn)而清晰成像.相機(jī)成像光路分析表明，需要將分區(qū)減光元件設(shè)置在鏡頭前方一倍焦距以外或鏡頭后方焦點(diǎn)與靶面之間.該方法實現(xiàn)了單CCD在一幅圖像中同時清晰拍攝熔池和結(jié)構(gòu)光條紋.開發(fā)了一套圖像處理算法，實時提取出了熔敷道尺寸.結(jié)果表明，熔敷道高度檢測誤差優(yōu)于0.1 mm，寬度檢測誤差優(yōu)于0.2 mm.

熔化極電弧增材制造18Ni馬氏體鋼組織和性能/楊東青， 等. 焊接學(xué)報， 2020， 41（8）： 6-9， 21.

采用熔化極電弧增材工藝制備了成形良好的18Ni馬氏體鋼單墻體，研究了增材構(gòu)件熱處理前、后的組織力學(xué)性能.結(jié)果表明，增材構(gòu)件的微觀組織主要是柱狀樹枝晶，沉積態(tài)增材構(gòu)件組織和力學(xué)性能存在局部差異：構(gòu)件組織頂部為馬氏體，硬度平均值為360 HV;中部和底部區(qū)域則為馬氏體和奧氏體且中部硬度平均值為468 HV，略高于底部硬度平均值437 HV;構(gòu)件縱向抗拉強(qiáng)度（1 375 MPa）高出橫向抗拉強(qiáng)度（1 072 MPa）約28.3%，對應(yīng)的斷后伸長率分別為1.1%和0.8%.對增材構(gòu)件進(jìn)行825℃保溫1 h的固溶熱處理后，析出相重新溶入奧氏體，構(gòu)件組織轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，硬度值下降（平均值為328 HV），變化波動小;縱向和橫向抗拉強(qiáng)度相當(dāng)，分別為1 025 MPa和1 034 MPa，斷后伸長率分別為6%和14%.

光粉交互對同軸送粉增材制造能量傳輸?shù)挠绊?楊義成， 等. 焊接學(xué)報， 2020， 41（6）： 19-23.

激光同軸送粉增材制造涉及復(fù)雜的光粉交互作用，也是決定粉末物化狀態(tài)和激光能量有效利用的關(guān)鍵.因此，借助背影增效瞬態(tài)影像捕捉技術(shù)和圖像處理技術(shù)，以時間序列上粉末粒子亮區(qū)面積的實時值與平均值變化規(guī)律為依據(jù)，分析光粉交互作用過程及其對用于熔化基體剩余激光能量的影響.結(jié)果表明，送粉速率和光粉作用距離是影響有效熔化基體能量的關(guān)鍵因素;送粉速率不變時，載氣流量增加提高了粉末顆粒的飛行速度，但是對有效熔化基體的能量影響很小;粉末粒徑較小時，光粉交互作用過程越激烈，有效熔化基體的能量隨之下降.總體而言，粉末顆粒飛行速度不變時，光粉作用過程中亮區(qū)面積的大小和有效熔化基體能量呈正相關(guān).

電弧增材制造多層單道堆積的焊道輪廓模型函數(shù)/劉理想， 等. 焊接學(xué)報， 2020， 41（6）： 24-29， 36.

焊道截面輪廓的建模和分析為電弧增材制造過程中的切片、路徑規(guī)劃和工藝自動化提供必要的形貌數(shù)據(jù).采用MATLAB開發(fā)基于圖像處理和曲線擬合的自適應(yīng)擬合程序，可以在半橢圓函數(shù)、圓弧函數(shù)、余弦函數(shù)和拋物線函數(shù)之間自適應(yīng)選擇合適的擬合模型函數(shù).基于該程序，研究分析在焊接參數(shù)可行域內(nèi)單層單道焊道截面輪廓最佳數(shù)學(xué)模型函數(shù)的分布情況，以及多層單道堆積過程中不同層數(shù)上焊道輪廓的最佳模型函數(shù).結(jié)果表明，自適應(yīng)擬合程序?qū)傅澜孛娴妮喞€擬合具有較好的精度;在堆焊焊接參數(shù)可行域中，單層單道焊道截面輪廓可以用半橢圓函數(shù)或余弦函數(shù)模型表示;而對于多層單道堆積，半橢圓函數(shù)模型對焊道最上層輪廓的擬合精度最高.

基于響應(yīng)面法的超高頻電弧增材制造工藝優(yōu)化/賈志宏， 等. 焊接學(xué)報， 2020， 41（6）： 90-96.

采用響應(yīng)面法對超高頻電弧增材制造工藝（UHFP-GTAW）進(jìn)行了優(yōu)化.通過建立函數(shù)關(guān)系得到了焊縫尺寸關(guān)于焊接電流、送絲速度及焊接速度的多元二次回歸模型，并運(yùn)用方差分析驗證了回歸模型的可靠性.設(shè)置優(yōu)化條件選取了相應(yīng)的焊接參數(shù)，并將焊縫尺寸的預(yù)測結(jié)果與試驗結(jié)果進(jìn)行了對比.結(jié)果表明，模型預(yù)測尺寸與實際試驗測得的焊縫尺寸誤差分別為焊縫寬度5.4%和焊層高度6.6%.對沉積成形的GH4169高溫合金薄壁構(gòu)件分別進(jìn)行了水平方向和垂直方向的拉伸力學(xué)性能測試，其強(qiáng)度極限分別達(dá)到1 130.93和1 126.04 MPa，斷后伸長率分別為18.1%和16.56%，斷面收縮率分別達(dá)到20.6%和20.2%.

電弧功率對MIG電弧增材制造316L奧氏體不銹鋼組織及力學(xué)性能的影響/陳曉暉， 等. 焊接學(xué)報. 2020， 41（5）： 42-49.

采用大功率MIG電弧熱源熔化沉積316L奧氏體不銹鋼金屬焊絲制備試樣，研究電弧功率對成形試樣組織、力學(xué)性能以及斷裂行為的影響并分析其機(jī)理，為高效、低成本電弧增材制造大型金屬構(gòu)件提供技術(shù)基礎(chǔ)和理論依據(jù).結(jié)果表明，大功率MIG電弧增材制造316L奧氏體不銹鋼內(nèi)部形成柱狀晶并生成δ相和σ相呈蠕蟲狀分布在γ基體中.δ相分布在晶內(nèi)和晶界起強(qiáng)化作用.隨著電弧功率從3 763 W增加8 400 W，316L試樣晶粒尺寸變大，δ相含量減少而σ相含量增加，使得材料抗拉強(qiáng)度從578 MPa降低到533 MPa，屈服強(qiáng)度從310 MPa降低到235 MPa，斷后伸長率從53%降低到44%，斷面收縮率從67%下降到60%.當(dāng)電弧功率增加到8 400 W時，在晶界上形成較多的σ相，試樣斷裂模式由較低功率時的穿晶韌窩斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)檠鼐ыg窩斷裂.

多元合金激光增材制造凝固組織演變模擬/齊海波， 等. 焊接學(xué)報， 2020， 41（5）： 71-77.

針對多元合金激光熔覆過程，基于有限元方法和元胞自動機(jī)技術(shù)建立了多元合金激光熔覆熔池三維傳熱傳質(zhì)及凝固組織形貌演變模型，通過自行開發(fā)的宏微觀耦合接口程序?qū)崿F(xiàn)了三維熔池模型和多元合金凝固組織演變模型的耦合.針對IN718激光熔覆過程中的傳熱傳質(zhì)和凝固組織演變過程進(jìn)行了模擬，研究了基板初始晶粒尺寸、異質(zhì)形核及多層熔覆掃描路徑對熔覆層凝固組織形貌的影響機(jī)理，并對模擬結(jié)果進(jìn)行了試驗驗證.結(jié)果表明，模擬結(jié)果與實際物理過程吻合較好，所開發(fā)的耦合模型能夠真實反映多元合金激光熔覆過程.

TIG電弧增材制造5356鋁合金微觀組織與拉伸性能/趙鵬康， 等. 焊接學(xué)報， 2020， 41（5）： 65-70， 77.

針對TIG電弧增材制造5356鋁合金試樣不同區(qū)域微觀組織及性能變化開展研究.結(jié)果表明，試樣結(jié)合層與沉積層水平交替呈現(xiàn)，底部區(qū)域沉積層寬度最大（～2.4 mm），中間穩(wěn)定區(qū)最?。ā?.6 mm）;沉積層組織均以等軸晶為主，在灰色基體上彌散分布黑色β-Al3Mg2第二相，并伴有少量Mg2Si和（FeMn）Al6金屬間化合物，結(jié)合層存在大量氣孔及縮孔等缺陷;底部區(qū)域沉積層晶粒尺度最小，而結(jié)合層缺陷最多.不同區(qū)域水平方向強(qiáng)塑性無明顯差異（Rm=274 MPa， A=32.3%），垂直方向強(qiáng)度與水平方向近似相等，但斷后伸長率下降到26%，兩個方向拉伸斷口均以等軸韌窩為主.3個區(qū)域沉積層硬度值穩(wěn)定，底部沉積層硬度值略高于其余區(qū)域，而結(jié)合層硬度值波動明顯.

高氮鋼CMT電弧增材制造多道搭接表面質(zhì)量評價.

楊東青， 等. 焊接學(xué)報， 2020， 41（4）： 73-76， 83.

針對電弧增材制造成形問題，提出基于三維表面粗糙度參數(shù)的零件表面質(zhì)量評價方法.以高氮鋼為例，采用CMT工藝進(jìn)行多道搭接試驗，通過三維掃描設(shè)備提取零件表面信息，計算表面輪廓均方根偏差Sq和輪廓偏斜度Ssk，對比計算所得數(shù)據(jù)與實際表面成形情況，并利用所提出的方法研究了增材制造過程中電弧擺寬對多道搭接表面質(zhì)量的影響.結(jié)果表明，此評價方法所得數(shù)據(jù)規(guī)律與實際成形情況基本吻合，具有較好的適應(yīng)性和科學(xué)性.根據(jù)數(shù)值Sq和Ssk大小可將成形表面質(zhì)量由優(yōu)到差分為A，B，C，D 4個等級.電弧增材制造的熱輸入和電弧擺寬對成形表面質(zhì)量影響較大.在熱輸入較大時，電弧擺寬為15和10 mm時，熔敷焊道余高小、寬高比大，搭接成形更好.

正火溫度對電弧增材制造Ti-6Al-4V組織與性能的影響. 徐國建， 等. 焊接學(xué)報， 2020， 41（1）： 39-43.

利用TIG電弧增材制造技術(shù)制備了TC4鈦合金樣件，并對樣件進(jìn)行了正火處理.結(jié)果表明，經(jīng)正火處理后的試樣組織由α相和β相組成;在750～950℃范圍內(nèi)，隨著正火溫度的升高，針狀初生α相變短變粗，并逐漸向網(wǎng)籃組織方向轉(zhuǎn)變;在950～1 050℃溫度范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，部分初生α相聚合長大，并向著"偽等軸晶"方向轉(zhuǎn)化，在1 050℃形成了"偽等軸晶"初生α相+細(xì)小針狀初生α相+細(xì)小針狀初生α相之間的α+β組織，針狀初生α相隨著溫度的升高變短變細(xì).最佳條件（850℃/2 h/空冷）下y方向的抗拉強(qiáng)度900.4 MPa、屈服強(qiáng)度820.4 MPa、斷后伸長率9.3%、斷面收縮率27.4%，z方向的抗拉強(qiáng)度890.1 MPa、屈服強(qiáng)度790.1 MPa、斷后伸長率10.8%、斷面收縮率31.0%，其性能接近鍛件標(biāo)準(zhǔn)要求;沉積態(tài)與正火處理態(tài)的硬度值變化不大;拉伸試樣（y和z方向）斷口形貌均布滿韌窩，屬于塑性斷裂.

不同層間停留時間下電弧增材制造2Cr13薄壁件熱力學(xué)行為. 韓文濤， 等. 焊接學(xué)報， 2019， 40（12）： 47-52.

在電弧增材制造過程中，沉積件內(nèi)部的熱-力演變對成形件質(zhì)量具有重要影響.文中通過電弧增材制造三維有限元模型的建立，對層間停留時間分別為30，120，210，300 s的2Cr13沉積件溫度場和應(yīng)力場進(jìn)行了模擬，模擬結(jié)果與測量結(jié)果基本一致.結(jié)果表明，層間停留時間為30 s時構(gòu)件的縱向殘余應(yīng)力分布顯著差異于其它構(gòu)件.層間停留時間大于210 s時，再延長層間停留時間起不到明顯降低應(yīng)力的效果.電弧增材制造單道25層2Cr13薄壁件的層間停留時間在120～210 s之間較為合適.

單道多層電弧增材制造成形控制理論分析. 張金田， 等. 焊接學(xué)報， 2019， 40（12）： 63-67.

文中采用冷金屬過渡（CMT）技術(shù)，圍繞船用高強(qiáng)鋼的電弧增材制造（WAAM）開展研究.分析不同比例的保護(hù)氣體對單道單層形貌尺寸的影響.結(jié)果表明，單道單層的潤濕鋪展能力隨著保護(hù)氣中CO2含量的增加而提高，并建立了能夠準(zhǔn)確預(yù)測80%Ar+20%CO2混合氣體保護(hù)下單道單層截面輪廓的全周期余弦函數(shù)模型.依據(jù)單道多層電弧增材的成形特點(diǎn)，利用面積關(guān)系并根據(jù)幾何形貌建立了單道多層抬升量h的預(yù)測模型，抬升量h預(yù)測值的相對誤差不超過3.50%.通過建立抬升量預(yù)測模型，為單道多層的電弧增材成形控制提供了理論支撐.

懸空特征結(jié)構(gòu)件電弧增材制造成形及算法優(yōu)化.王天琪， 等. 焊接學(xué)報， 2019， 40（12）： 78-82.

將增材制造技術(shù)與弧焊機(jī)器人相結(jié)合，針對具有懸空特征預(yù)制件增材制造焊接工藝進(jìn)行研究.首先針對預(yù)制件成形尺寸預(yù)測進(jìn)行算法優(yōu)化，實現(xiàn)對成形高度及寬度預(yù)測;針對懸空焊縫下淌現(xiàn)象，研究焊槍傾斜角度對焊縫成形影響，確定最優(yōu)焊槍傾斜角度范圍，并設(shè)計試驗對成形方法進(jìn)行驗證，有效改善懸空焊縫表面成形質(zhì)量，然后在此基礎(chǔ)上提出焊槍傾斜角度預(yù)測算法，實現(xiàn)對懸空焊過程中焊槍傾斜角度的預(yù)測.最后焊制具有懸空特征預(yù)制件驗證預(yù)測算法及成形方法的準(zhǔn)確性.結(jié)果表明，預(yù)制件表面成形質(zhì)量較好，成形尺寸誤差小于1 mm.

船用鋁/鋼焊接接頭BC-MIG電弧增材制造工藝. 苗玉剛， 等. 焊接學(xué)報， 2019，40（12）： 129-132.

選用直徑1.2 mm的4043鋁焊絲為增材材料，2 mm厚的Q235鍍鋅鋼板為基板，研究BC-MIG電弧增材制造工藝.將得到的鋁/鋼焊接接頭與6061鋁合金板材進(jìn)行焊接，得到的T形材結(jié)構(gòu)成形美觀.利用光學(xué)顯微鏡和顯微硬度儀分別對接頭的組織形貌和硬度分布進(jìn)行分析.結(jié)果表明，由于溫度梯度和冷卻速率的差異，界面層處鋁側(cè)為豎直向上生長的樹枝晶狀組織，中部呈現(xiàn)結(jié)晶方向相對雜亂的晶枝結(jié)構(gòu)，頂端組織晶粒較為細(xì)小且生長無方向性.沿著鋼母材區(qū)域至界面中間層，再至鋁合金區(qū)域，接頭硬度先增加后減小至趨于平緩，在鋁/鋼界面結(jié)合層區(qū)域硬度達(dá)到最大142 HV.

超高頻電弧增材制造GH4169合金熱處理組織. 賈志宏， 等. 焊接學(xué)報， 2019， 40（12）： 154-160.

采用超高頻脈沖電弧增材工藝成形了GH4169高溫合金薄壁件，并制定了兩種熱處理制度.試樣分為3組：未熱處理組、固溶+時效組和均勻化+時效組，并對電解腐蝕后的顯微組織進(jìn)行了對比和分析.結(jié)果表明，未經(jīng)熱處理的組織主要為粗大枝晶，晶間有較多的Laves相，在超高頻電弧的作用下，其組織比常規(guī)脈沖電弧沉積成形得到的組織尺寸更小;固溶+時效處理后的組織，γ基體上分布著大量片狀δ相、γ″相和一定量的γ′相，殘留有少量Laves相;均勻化+時效后的組織，δ相基本消失，基體上分布有大量顆粒狀的γ″相和γ′相，及少量的小塊狀Laves相和碳化物.

CMT+P過程及后熱處理對TC4鈦合金增材構(gòu)件組織和性能影響. 勾健， 等. 焊接學(xué)報， 2019， 40（12）： 31-35， 46.

采用CMT+P程序進(jìn)行TC4鈦合金焊絲電弧增材制造，針對增材過程中熱積累造成的組織性能不均勻性，采用兩種不同熱處理工藝以期改善這種不均勻性，并提高增材構(gòu)件性能.結(jié)果表明，采用CMT+P進(jìn)行增材制造可以獲得成形良好的沉積零件，當(dāng)送絲速度為6 m/min，焊槍行走速度為0.3 m/min時，其熱輸入為313 J/mm，沉積零件顯微組織從上至下不斷粗大.熱處理后試樣不同部位晶粒大小變得均勻，抵抗塑性變形的能力增強(qiáng).拉伸試驗表明，在600°C，4 h熱處理條件下，構(gòu)件的抗拉強(qiáng)度最高，為1 124 MPa.斷口分析表明，所有試樣斷裂方式均為韌性斷裂.

等離子弧異質(zhì)異構(gòu)增材制造構(gòu)件的組織與力學(xué)性能分析. 徐俊強(qiáng)， 等. 焊接學(xué)報， 2019， 40（11）： 119-124.

采用等離子弧增材系統(tǒng)實現(xiàn)了不銹鋼/高強(qiáng)鋼異質(zhì)異構(gòu)增材構(gòu)件制備，等離子弧增材構(gòu)件具有良好的沉積形貌及優(yōu)異的力學(xué)性能.為揭示疊合方式對等離子弧異質(zhì)增材構(gòu)件的宏微觀組織和力學(xué)性能特征影響，研究采用了體視顯微鏡、金相顯微鏡、拉伸及硬度等測試方法.結(jié)果表明，不銹鋼/高強(qiáng)鋼異質(zhì)異構(gòu)增材構(gòu)件中存在兩種過渡形式，即以奧氏體枝晶過渡和馬氏體組織過渡.增材構(gòu)件橫截面硬度波動較大，主要是混合過渡區(qū)域的高合金元素導(dǎo)致的組織變化引起的.疊合方式的改變能夠顯著影響材料性能，在強(qiáng)度下降不多的情況下，提高材料的沖擊韌性.

旁路耦合微束等離子弧增材制造自適應(yīng)高度控制系統(tǒng). 樊丁， 等. 焊接學(xué)報， 2019， 40（11）： 1-7.

在xPC Target實時目標(biāo)環(huán)境下，采用旁路耦合微束等離子弧進(jìn)行增材堆垛試驗，探究最大臨界送絲速度、焊炬懸空高度和總電壓等過程參數(shù)之間的關(guān)系.通過數(shù)據(jù)分析得到了送絲速度與總電壓的回歸模型，進(jìn)一步在xPC Target系統(tǒng)中創(chuàng)建變送絲和電壓反饋相結(jié)合的自適應(yīng)高度調(diào)節(jié)控制模型，搭建了基于自適應(yīng)高度調(diào)節(jié)的旁路耦合微束等離子弧增材制造控制系統(tǒng)，進(jìn)行了在臺階形基板上的堆垛成形試驗和單墻體零件自適應(yīng)堆垛試驗.結(jié)果表明，該控制系統(tǒng)能提高增材制造過程的穩(wěn)定性;優(yōu)化堆垛高度方向上的成形路徑設(shè)計;實現(xiàn)復(fù)雜形狀基板上金屬零件的堆垛成形.

熱輔助超聲波增材制造設(shè)備設(shè)計與分析. 王波， 等.

焊接學(xué)報， 2019， 40（11）： 111-118.

超聲波增材制造技術(shù)在功能、復(fù)合材料的快速制備領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，為克服現(xiàn)有超聲波增材制造設(shè)備功率的限制，提出了一種大功率熱輔助超聲波增量制造設(shè)備，并采用COMSOL5.0有限元模擬軟件對超聲波振動系統(tǒng)進(jìn)行輔助設(shè)計.該設(shè)備由超聲波振動系統(tǒng)、壓力機(jī)構(gòu)、支撐行走機(jī)構(gòu)、加熱模塊構(gòu)成，焊接壓頭采用兩側(cè)對稱結(jié)構(gòu)，采用雙換能器串聯(lián)推-挽技術(shù)，顯著增加超聲焊接功率.并通過輔助加熱模塊提供額外的熱量輸入，提高被焊金屬溫度.并進(jìn)行多層銅箔的超聲波增量滾壓焊接試驗測試.結(jié)果表明，該熱輔助超聲波增材制造設(shè)備的焊接性能和焊接質(zhì)量良好.

激光送粉增材制造光粉交互作用機(jī)制分析.楊義成，等. 焊接學(xué)報， 2019， 40（11）： 68-74.

激光同軸送粉增材制造過程中，粉末粒子和激光束發(fā)生能量交互作用的劇烈程度決定了粉末粒子進(jìn)入熔池前存在的狀態(tài).借助背影增效瞬態(tài)影像捕捉方法及圖像信息處理技術(shù)，從宏觀和微觀角度研究了激光輻照下粉末束流及粒子的變化特征.提取高亮狀態(tài)粒子數(shù)量、亮區(qū)總面積和單個粒子亮區(qū)面積均值作為特征參量，綜合表征工藝參數(shù)對該過程的影響規(guī)律.結(jié)果表明，通過主要工藝參數(shù)的合理匹配可以很好的實現(xiàn)對光粉相互作用過程的調(diào)控.激光能量密度越高，光粉作用時間越長，粉末粒子接受激光輻照的程度就越激烈，以熔融態(tài)進(jìn)入熔池的可能性就越大.

厚壁結(jié)構(gòu)件電弧增材制造成形方法及工藝. 楊壯， 等. 焊接學(xué)報， 2019， 40（10）： 100-105.

采用弧焊機(jī)器人進(jìn)行電弧增材制造，對厚壁結(jié)構(gòu)件的增材制造焊接工藝進(jìn)行研究.基于傳統(tǒng)分層理論，進(jìn)行算法優(yōu)化實現(xiàn)對厚壁結(jié)構(gòu)件成形尺寸預(yù)測并加以分析，并在此算法基礎(chǔ)上引入單焊道成形尺寸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型，提高預(yù)制件模型分層精度及實際焊接參數(shù)的最優(yōu)選擇;針對帶有內(nèi)孔等特征的厚壁結(jié)構(gòu)件在成形過程中焊縫邊緣下塌現(xiàn)象，提出了"邊界約束"焊接方式并對層間焊接軌跡進(jìn)行規(guī)劃，提高了預(yù)制件表面成形質(zhì)量.最后焊制具有說明性的實體件驗證預(yù)測算法及軌跡規(guī)劃的準(zhǔn)確性.結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)件成形良好，尺寸誤差小于1 mm.

基于溫度函數(shù)法的鋁合金電弧增材制造殘余應(yīng)力與變形數(shù)值模擬. 賈金龍， 等. 焊接學(xué)報， 2019， 40（9）： 1-6.

電弧增材制造是制造大型復(fù)雜鋁合金部件的新方法，但殘余應(yīng)力和變形對制造件的性能有重要影響.建立了鋁合金電弧增材制造件殘余應(yīng)力和變形的順序熱–力耦合有限元模型，采用移動熱源法計算了增材過程的溫度場，根據(jù)峰值溫度的分布和演變特征確定了溫度函數(shù)的提取方案，并分別采用移動熱源法和溫度函數(shù)法進(jìn)行了殘余應(yīng)力和變形計算.結(jié)果表明，1段，3段，5段溫度函數(shù)法分別將力學(xué)分析時間縮短91%，79%，63%，殘余應(yīng)力和基板變形誤差均在20%以內(nèi)，在滿足計算精度的前提下顯著提高了計算效率，為大型鋁合金電弧增材制造件殘余應(yīng)力與變形的預(yù)測提供了途徑.