Al-Mg鋁合金雙脈沖電弧增材制造技術及工藝研究.pdf

1、雙脈沖電弧增材制造以雙脈沖電弧為熱源、絲材為增添材料，快速直接成型致密性、力學性能較好的金屬材料復雜幾何構件，可極大提高材料的利用率、縮短產品的生產周期、降低生產成本，大幅提高生產效率和制造技術的核心競爭力。本課題基于機器人雙脈沖電弧增材制造工藝技術，以增材制造過程及工藝為研究對象，對Al-Mg高強鋁合金成型制造構件的外觀形貌、關鍵尺寸、氣孔、顯微組織、機械性能開展分析研究。
　　首先就多層單道構件進行工藝試驗研究，探究低頻頻率和

2、電弧特性參數對多層單道直壁體組織及性能的影響及其規(guī)律。當僅改變低頻頻率時，發(fā)現雙脈沖電弧消除氣孔效果較直流脈沖電弧好，除根部氣孔外直壁體上端氣孔率低。多層單道截面組織主體由等軸晶組成，基體為α-Al，晶界處密集分布中間相Al0.56Mg0.44，分布形態(tài)呈網狀結構。隨著低頻頻率從1Hz提高到9Hz，晶粒尺寸和延伸率先減小后增大，顯微硬度和抗拉強度先增大后減小，3Hz時取極值。水平拉伸試樣比垂直試樣的抗拉強度平均高了8.4MPa，同時，延

3、伸率高了約5％。隨電弧特性參數的增大，電流電壓波形從矩形轉變?yōu)樘菪卧俎D變?yōu)槿切危颐}沖電流變化速率di/dt逐漸降低。隨著脈沖電流變化速率di/dt從高到低變化，多層單道直壁體側表面粗糙度降低，同時上表面的魚鱗紋越來越淺。平均晶粒尺寸和實際熱輸入趨勢呈W型變化趨勢，平均顯微硬度和抗拉強度呈現的M型變化趨勢，而垂直拉伸件的延伸率呈持續(xù)遞增趨勢。
　　進一步建立簡易多層多道構件算法模型，優(yōu)化改進最優(yōu)焊道間距的算法，并對其進行實體成型

4、檢驗，實驗結果和理論結果吻合度較高。同時對不同焊道間距的堆敷構件內部氣孔作分析比較，發(fā)現氣孔分布位置主要位于道間和層間的交界，以及焊道底部的中央位置，且當焊道間距為最優(yōu)距離時，氣孔相對最少。
　　最后采用雙脈沖電弧增材制造的方法，建立三維幾何模型，并進行路徑規(guī)劃和優(yōu)化軌跡，在線設計編寫機器人程序并采用相對最佳的堆敷工藝參數自動堆敷實體構件，最后檢測成型尺寸，發(fā)現外壁的傾斜角度與理論值相比誤差率僅為1.7％，外倒錐體壁厚的離散系數為