基于CMT的不銹鋼電弧增材制造溫度場、應(yīng)力場及成型工藝研究.pdf

1、電弧增材制造是以電弧為熱源，均勻送入的焊絲為熔覆材料，直接快速成型致密度高、力學性能優(yōu)良的金屬復(fù)雜結(jié)構(gòu)件，可極大提高材料的利用率、生產(chǎn)效率和制造技術(shù)的核心競爭力。課題基于CMT的不銹鋼增材制造技術(shù)，以成型直壁件為研究對象，對增材制造過程中的溫度場、應(yīng)力場、增材制造工藝及成型件組織性能開展了研究。
　　首先對不銹鋼CMT增材制造過程中的溫度場及應(yīng)力場進行了研究。建立了基于SYSWELD的增材制造有限元模型，對比了同向連續(xù)增材制造、S

2、形連續(xù)增材制造及S形間隔時間增材制造三種常用的電弧增材制造路徑下溫度場及應(yīng)力場，其結(jié)果表明，基板對前四層熔覆層的冷卻速率影響較大，且基板能夠影響的層數(shù)與增材制造方式無關(guān);熔覆層的溫度在其上熔覆一定層數(shù)后趨于穩(wěn)定，穩(wěn)定后的溫度在奧氏體不銹鋼敏感化溫度區(qū)間以下，且控制層間溫度可以獲得較小的穩(wěn)定溫度值;CMT在連續(xù)熔覆時熱累積作用不明顯。奧氏體不銹鋼增材制造后殘余應(yīng)力大于屈服強度;同向增材制造時出現(xiàn)較大的殘余應(yīng)力及變形;S形連續(xù)增材制造時殘余

3、應(yīng)力分布特點為較大的應(yīng)力分布在較小的區(qū)域，而控制層間溫度時表現(xiàn)為較小的應(yīng)力分布在較大的區(qū)域，且都呈現(xiàn)對稱分布;增材制造過程中的重熱作用相當于進行回火熱處理，減小了熔覆層中的殘余應(yīng)力。
　　其次利用MATLAB軟件建立了增材制造過程中保護氣流量、送絲速度及熔覆速度與成型壁厚的數(shù)學模型。該模型表明，送絲速度越大，成型壁厚越大，且當送絲速度超過4.0m/min時，壁厚增加速度明顯變慢;保護氣流量當與送絲速度交互作用時對成型壁厚影響較為明

4、顯;三個因素對成型壁厚影響順序大致如下:送絲速度=熔覆速度＞保護氣流量。
　　最后對比了S形連續(xù)增材制造及S形間隔時間增材制造成型直壁件顯微組織和力學性能。成型直壁件中組織按照經(jīng)歷的熱循環(huán)過程的不同主要分為六個區(qū)域，其中Ⅰ區(qū)與Ⅱ區(qū)為底部及底部過渡區(qū)域，含有較多枝晶狀的殘余鐵素體，Ⅲ區(qū)為熔覆層之間熔合形成的含有少量奧氏體柱狀晶區(qū)域，Ⅳ區(qū)為中部穩(wěn)定成型區(qū)域，鐵素體較少，呈現(xiàn)較小樹枝晶，Ⅴ區(qū)及Ⅵ六為頂部過渡區(qū)域及頂部區(qū)域，鐵素體含量較多