低碳钢MAG电弧增材制造控形技术研究

低碳钢MAG电弧增材制造控形技术研究MAG(Metal Active Gas)丝材电弧增材制造(MAG Wire and Arc Additive Manufacturing,MAG-WAAM)技术具有生产成本低、成形效率高等优点,适用于大尺寸构件的快速近净成形,在汽车及模具制造等领域具有重要的应用前景。

由于MAG-WAAM的成形过程是一个多参数非线性耦合的过程。

因此,从成形工艺特性的角度出发,研究层间温度、堆积电流及堆积速度对成形件形貌质量及力学性能的影响规律,确定控形控性的关键因素,这对电弧增材制造技术主动控形控性的研究具有重要的指导意义。

本文以丝材H08Mn2SiA为原料,研究了 MAG-WAAM的成形工艺特性。

首先,研究了基板温度、堆积电流及堆积速度对单层单道形貌质量及焊道截面轮廓形状的影响规律,结果表明:基板温度对焊道的形貌质量影响较弱,焊道的截面轮廓与圆弧形的拟合度最佳。

基于二次响应曲面通用旋转组合实验设计的方法,建立了单壁件的有效壁宽与层间温度、堆积电流、堆积速度之间的响应曲面关系,结果表明:层间温度对有效壁宽的影响较弱,优化的层间温度为80℃,堆积电流和堆积速度是控制单壁件有效壁宽的显著因素。

最后,建立了有效壁宽和层高分别与堆积电流、堆积速度之间的响应曲面回归模型,并通过方差分析和实验的方法,验证了模型的可靠性和准确性。

研究了层间温度、堆积电流及堆积速度对成形件微观组织及力学性能的影响。

沿垂直于基板方向,成形件的微观组织具有明显的层带特征,分层界面处由粗大的多边形铁素体和少量的珠光体组成,层带处由未经重结晶的粗大铁素体、经重结晶后形成的细小铁素体和粒状珠光体组织组成,顶层主要由粗大的柱状先共析铁素体、侧板条铁素体、针状铁素体和少量的珠光体组成。

当层间温度分别
为40℃、80℃、120℃时,成形件的微观组织无明显的变化。

在层间温度为80℃的条件下,随着堆积电流和堆积速度地增加,成形件的微观组织无明显的变化。

沿水平方向和垂直方向,成形件的抗拉强度和屈服强度基本呈现各向同性特征,沿水平方向的伸长率大于垂直方向,呈现各向异性特征。

在层间温度为80℃的条件下,随着堆积电流和堆积速度的增加,成形件的力学性能无明显变化。

层间温度、堆积电流、堆积速度对成形件的力学性能影响较弱。

从改善成形件的形貌质量出发,层间温度应该控制在80℃,堆积电流和堆积速度是控制成形件的尺寸的关键因素。