【摘要】：基于冷金屬過渡技術(shù)的增材制造(CMT-AM)是一種以焊絲為熔覆材料、以CMT焊機在基板或者前熔覆層與焊絲之間產(chǎn)生的電弧為熱源的累加式快速成型結(jié)構(gòu)件的增材方法,其具有周期短、效率高等優(yōu)點。本課題仿生天然貝殼珍珠層結(jié)構(gòu),設(shè)計出軟硬雙金屬多層交織結(jié)構(gòu),分別以ER316L與高氮鋼(HNS)兩種材料為研究對象,研究增材工藝對于宏觀尺寸、微觀組織以及力學(xué)性能的影響,并分析其原因。再通過對比異種材料增材制造多層交織材料時不同增材路徑的性能差異,對CMT增材制造多層交織材料構(gòu)件的工藝進行研究。首先進行ER316L材料的CMT增材制造(ER316L-CMT-AM)的工藝試驗研究。分別研究熔覆熱輸入與層間冷卻溫度對增材制造直壁體宏觀尺寸、微觀結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能等方面的影響規(guī)律。確定在CMT-AM中ER316L的凝固模型為鐵素體-奧氏體模型。分析直壁試樣在增材過程中熔覆層底端、中部、頂部組織的晶粒生長方向。研究發(fā)現(xiàn),直壁體的晶粒尺寸與熔覆速度成負(fù)相關(guān),與熱輸入量正相關(guān),并確定最佳的層間冷卻溫度。其次,對HNS材料的增材制造(HNS-CMT-AM)進行工藝研究。研究熔覆熱輸入對于HNS增材成型中所含氮元素的影響,進而確定其在不同氮元素含量下的凝固模型,并確定其組織結(jié)構(gòu)。研究在不同氮元素含量下的直壁體硬度及拉伸性能,并利用掃描電鏡觀察拉伸斷口韌窩以分析拉伸斷裂方式。然后,對CMT-AM雙金屬多層交織構(gòu)件進行工藝參數(shù)及交織路徑的研究。確定相鄰熔覆道的最佳重疊間距,研究異材界面的組織構(gòu)成及生長方向。在增材制造雙金屬多層交織構(gòu)件中,HNS的硬度分布在310HV-320HV附近,ER316L的硬度分布在200HV附近。在ER316L與HNS界面結(jié)合處,硬度分布在280HV-290HV附近。HNS與ER316L組成的雙金屬多層交織結(jié)構(gòu)的拉伸性能是低于HNS的拉伸強度而高于ER316L的。其抗沖擊性能相比于兩種材料,也有了極大的提升。最后依據(jù)貝殼珍珠層的結(jié)構(gòu)特征,采用軟硬材料交織、層間角度交錯的形式,建立交織結(jié)構(gòu)的三維立體模型,設(shè)計軟硬材料成分比例。采用雙面增材制造方法,完成30°層間交錯增材制造多層交織構(gòu)件,整體熔覆效率達到0.1097kg。
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG142
【圖文】：

熔滴過渡又重新開始。此方法在短路過渡時幾乎無電流，而通過焊絲自動的回抽復(fù)送逡逑機制實現(xiàn)了快速的“高溫－低溫－高溫”反復(fù)輪換過程，從而很好地減小了熱輸入量。逡逑圖１．１為高速攝像機記錄的ＣＭＴ焊接過程中熔滴變化情況。逡逑ＬＬ邋１±逡逑（ａ）電弧產(chǎn)生邐（ｂ）電弧熄滅邐（ｃ）焊絲縮回邐（ｄ）反向運動逡逑圖１．１邋ＣＭＴ技術(shù)焊接熔滴變化過程逡逑ＣＭＴ技術(shù)焊接熔滴變化過程大概分為四大部份：逡逑（１）

熔滴過渡又重新開始。此方法在短路過渡時幾乎無電流，而通過焊絲自動的回抽復(fù)送逡逑機制實現(xiàn)了快速的“高溫－低溫－高溫”反復(fù)輪換過程，從而很好地減小了熱輸入量。逡逑圖１．１為高速攝像機記錄的ＣＭＴ焊接過程中熔滴變化情況。逡逑ＬＬ邋１±逡逑（ａ）電弧產(chǎn)生邐（ｂ）電弧熄滅邐（ｃ）焊絲縮回邐（ｄ）反向運動逡逑圖１．１邋ＣＭＴ技術(shù)焊接熔滴變化過程逡逑ＣＭＴ技術(shù)焊接熔滴變化過程大概分為四大部份：逡逑（１）

碩上學(xué)位論文逡逑許慶偉等人［｜２］采用ＣＭＴ技術(shù)研究了鎂合金與表面鍍鋅的鋼板之間的點焊工藝，逡逑得到了點熔釬焊接頭，如圖１．３所示。得出結(jié)論，在利用ＣＭＴ技術(shù)點焊鎂合金與表面逡逑鍍鋅的鋼板時，在適當(dāng)?shù)姆秶畠?nèi)，焊接工藝參數(shù)較小時，焊接接頭的斷裂呈現(xiàn)出剪逡逑切斷裂的特征，無法達到質(zhì)量要求。如果焊接工藝參數(shù)較大時，焊接接頭的斷裂可以逡逑呈現(xiàn)出較為明顯的撕裂特征，此時的焊接接頭性能較為良好。逡逑ｌｃ）７Ｗ？邋？＊＊＃＊？！邐？｜７邋號邋ＫＷＭＨＭＷＢ邐ａｉｄ？？逡逑圖１．３不同接頭的斷裂方式及載荷一位移曲線逡逑（２）用于焊接金屬薄板及超薄板材。逡逑利用ＣＭＴ技術(shù)熱輸入量小等獨特優(yōu)勢，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)超小電流、電壓的金屬薄逡逑板、超薄板焊接［１３］，而且焊后焊縫成形美觀，質(zhì)量重復(fù)精度高，焊件變形小還不易燒逡逑穿。逡逑國外學(xué)者Ｒｅｎｎｏ邋Ｖｅｉｎｔｈａｌ等人ｔ１？分析了采用ＣＭＴ焊接不銹鋼、鋁合金薄板的接頭逡逑厚度閾值并得到了良好的工藝參數(shù)和成形效果。逡逑李琳等研究分析了冷金屬過渡技術(shù)在工程設(shè)備上的應(yīng)用現(xiàn)狀，并通過實驗獲得逡逑了質(zhì)量較好的焊接接頭和適用于實際制造過程的焊接工藝參數(shù)，如圖１．４所示。結(jié)果顯逡逑示

【參考文獻】

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本文編號：2777516