基于CMT的不銹鋼電弧增材制造溫度場、應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)良的金屬復雜結構件，可極大提高材料的利用率、生產(chǎn)效率和制造技術的核心競爭力。課題基于CMT的不銹鋼增材制造技術，以成型直壁件為研究對象，對增材制造過程中的溫度場、應力場、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力場，其結果表明，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;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力大于屈服強度;同向增材制造時出現(xiàn)較大的殘余應力及變形;S形連續(xù)增材制造時殘余

3、應力分布特點為較大的應力分布在較小的區(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