Al-Mg鋁合金雙脈沖電弧增材制造技術(shù)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(xué)性能較好的金屬材料復(fù)雜幾何構(gòu)件，可極大提高材料的利用率、縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期、降低生產(chǎn)成本，大幅提高生產(chǎn)效率和制造技術(shù)的核心競爭力。本課題基于機(jī)器人雙脈沖電弧增材制造工藝技術(shù)，以增材制造過程及工藝為研究對象，對Al-Mg高強(qiáng)鋁合金成型制造構(gòu)件的外觀形貌、關(guān)鍵尺寸、氣孔、顯微組織、機(jī)械性能開展分析研究。
　　首先就多層單道構(gòu)件進(jìn)行工藝試驗(yàn)研究，探究低頻頻率和

2、電弧特性參數(shù)對多層單道直壁體組織及性能的影響及其規(guī)律。當(dāng)僅改變低頻頻率時(shí)，發(fā)現(xiàn)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(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。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(qiáng)度先增大后減小，3Hz時(shí)取極值。水平拉伸試樣比垂直試樣的抗拉強(qiáng)度平均高了8.4MPa，同時(shí)，延

3、伸率高了約5％。隨電弧特性參數(shù)的增大，電流電壓波形從矩形轉(zhuǎn)變?yōu)樘菪卧俎D(zhuǎn)變?yōu)槿切?，且脈沖電流變化速率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(cè)表面粗糙度降低，同時(shí)上表面的魚鱗紋越來越淺。平均晶粒尺寸和實(shí)際熱輸入趨勢呈W型變化趨勢，平均顯微硬度和抗拉強(qiáng)度呈現(xiàn)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(jìn)一步建立簡易多層多道構(gòu)件算法模型，優(yōu)化改進(jìn)最優(yōu)焊道間距的算法，并對其進(jìn)行實(shí)體成型

4、檢驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論結(jié)果吻合度較高。同時(shí)對不同焊道間距的堆敷構(gòu)件內(nèi)部氣孔作分析比較，發(fā)現(xiàn)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(dāng)焊道間距為最優(yōu)距離時(shí)，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(jìn)行路徑規(guī)劃和優(yōu)化軌跡，在線設(shè)計(jì)編寫機(jī)器人程序并采用相對最佳的堆敷工藝參數(shù)自動(dòng)堆敷實(shí)體構(gòu)件，最后檢測成型尺寸，發(fā)現(xiàn)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(shù)為