【摘要】：電弧增材制造作為一種新興的金屬增材制造技術(shù),由于其相比于成熟的高能束流金屬增材制造技術(shù)所具有的成形效率高、制造成本低以及成形構(gòu)件致密度高等優(yōu)勢(shì),被廣泛認(rèn)為是最具有潛力的且最有希望實(shí)現(xiàn)金屬構(gòu)件經(jīng)濟(jì)可靠增材制造的方法之一,尤其適用于在船舶、航空、航天等領(lǐng)域中大型金屬構(gòu)件的快速成形。針對(duì)目前電弧增材制造過程中由于焊接過程固有的熱輸入較大以及逐層堆積導(dǎo)致的“階梯效應(yīng)”而導(dǎo)致的成形精度較低以及成形性能較差等問題。本文創(chuàng)造性地提出了一種基于電弧熱源的強(qiáng)制拘束型增材制造技術(shù)。與傳統(tǒng)的電弧增材制造相比,在該工藝中,通過熔化極焊絲與非熔化鎢極之間接觸起弧產(chǎn)生的間接電弧作為熱源,而不是傳統(tǒng)的焊絲與工件之間起弧。并且通過一個(gè)立方氮化硼(CBN)陶瓷噴嘴對(duì)產(chǎn)生的間接電弧以及液態(tài)熔滴施加強(qiáng)制拘束作用。在整個(gè)增材制造過程中,間接電弧在陶瓷噴嘴的機(jī)械壓縮以及熱壓縮作用下被拘束至豎直向下噴射,可以保溫向液態(tài)熔池過渡的液態(tài)熔滴并且為液態(tài)熔池補(bǔ)充必要的熱量。同時(shí)還可以拘束液態(tài)熔滴的軌跡,保證較高的精度。通過以上設(shè)置,可以通過改變焊接電參數(shù)以及焊槍高度實(shí)現(xiàn)焊接熱輸入的有效控制,熱輸入可控范圍較大,可實(shí)現(xiàn)在過熱熔滴到固態(tài)金屬熔滴之間轉(zhuǎn)變。同時(shí),可以通過控制焊接速度來控制增材制造層的幾何尺寸。根據(jù)設(shè)計(jì)的原理制造了強(qiáng)制拘束型電弧增材制造專用焊槍,并通過前期試驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)及測(cè)試,結(jié)果表明該專用焊槍可以實(shí)現(xiàn)所設(shè)計(jì)的原理,焊接過程穩(wěn)定,并實(shí)現(xiàn)焊槍的一體化。并使用專用焊槍進(jìn)行了低合金鋼的增材制造試驗(yàn),探究了低合金鋼單層單道焊縫的成形規(guī)律,分別討論不同的保護(hù)氣流量、焊接速度、焊接電參數(shù)及陶瓷噴嘴出口直徑對(duì)單層單道焊縫成形的影響機(jī)制,并利用探索的工藝參數(shù)進(jìn)行了連續(xù)雙層單道焊縫的增材制造。對(duì)單層及雙層焊縫截面微觀組織進(jìn)行了分析,結(jié)果表明,焊縫內(nèi)主要由細(xì)小的針狀鐵素體及少量的粒狀貝氏體組成,焊縫組織均勻,無明顯的各向異性的柱狀晶存在,說明焊接熱輸入較小。雙層單道焊縫的顯微硬度測(cè)試表明,一二層之間硬度較為均勻,不存在硬度突變的區(qū)域。除此以外,采用高速攝像系統(tǒng)對(duì)不同焊接參數(shù)下的電弧形態(tài)、熔滴過渡行為及液態(tài)熔池形態(tài)進(jìn)行了觀察分析,研究各種因素對(duì)其的影響,探究焊接過程的成形機(jī)制,為增材制造層的成形控制提供了理論依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG661
【圖文】：

第一章引言逡逑到迅速的發(fā)展。圖１－１展示了自１９９３年到２０１３年全球３Ｄ打印產(chǎn)品和服務(wù)市場(chǎng)逡逑產(chǎn)值情況［２５］，可見總體而言全球３Ｄ打印產(chǎn)值呈穩(wěn)定上升的趨勢(shì)，尤其是近年來逡逑隨著信息技術(shù)的普及，桌面化３Ｄ打印平臺(tái)逐漸進(jìn)入人們的家里，并且各國(guó)政府逡逑紛紛出臺(tái)相應(yīng)的政策，大力支持增材制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，使全球３Ｄ打印產(chǎn)值得到逡逑極大的X棾ぃ郟玻叮蕁ｅ義

本文編號(hào)：2739370