国内电弧增材制造技术的研究现状与展望
基于电弧的金属增材制造技术研究现状
增 材 制 造 技 术是 基 于 离 散 一堆 积 原 理 ， 由零 件 三 维 数 据 驱 动 ， 采用材料逐层 累加的方法制造实 体零 件的 快 速 成 形技 术 。 该成 形方法是将产品数字化设计 、制 造 、分 析 高 度 一 体 化 ，不 仅 能 够 显 著缩 短研 发 周 期 和 研 发 成 本 ， 而且越 是结 构复杂、原材料附加 值 高的产品 ，其快速 高效成形的 优 势 越 显 著 。
１．电弧增材制造 技术原理
电弧 增 材 制造 技 术 是 采 用逐 层堆焊 的方式 制造致密 金属实体 构 件 ， 因 以 电弧 为载 能 束 ，热 输 入 高 ，成 形 速 度快 ，适 用 于 大 尺 寸 复杂 构件 低 成本 、高 效 快 速 近 净成形 。面对特殊金属结构制造 成 本 及 可靠 性 要 求 ，其 结 构 件 逐 渐 向大 型化 、整体化 、智能化发 展 ， 因而 该 技 术 在 大 尺 寸 结 构 件 成 形 上 具 有 其 他 增 材 技 术 不 可 比 拟 的效 率 与 成 本优 势 。
Ｈ ｉＭｇｈ －ｅ ｎｎｄ Ｅ ｑｕ ｉｐｍｅｎｔ ｌ高端装备制造
基于电弧的金属增材制造技术研究现状
● 王 世杰 ．王海 东 ．罗锋
摘要 ：从 电弧 增 材制 造技 术 原理 、 发展 历程 、 工 艺以 及实 际应 用等方 面综 述 了基 于 电弧的 金属增 材 制造技 术的研 究现 状 ，提 出 了拟 解 决的 关键技 术、应 用现 状 以 及未 来的 发展 方 向。 关键 词 ： 电弧增 材制 造 ；ｗＡＡＭ ；３Ｄ打 印
现 阶 段 已 经 使 用 的 金 属结 构 增材制造技 术有很多 ，例如选择 性 激 光 烧 结 、 电 子 束熔 化 、 形状 沉 积 制 造 以 及 电弧 增 材 制 造 技 术 等 。根 据 用 于 金属 沉 积 的 能 量 源 不同 ，送丝增材制造技术主要分 为 激 光 、 电弧 焊 和 电子 束 三 种 。 其 中 ，基 于 电弧 焊 的 增 材 制 造 技 术 具 有 降 低 成 本 和 较 高 沉 积 速 率 的 优 点 。本 文 主 要 介 绍 基 于 电弧 增 材 制 造 技 术 的 研 究 现 状 ，分 析 现 阶 段 该 技 术 研 究 的 关 键 技 术 ， 探 讨 其 可 能 的 发 展 方 向 ，阐 述 该 技 术 在 大 型化 、 整体 化 高 端 零 部 件制 造 中 的应 用 。
电弧熔丝增材制造综述物理过程 研究现状 应用情况及发展趋势
基本内容
2、新材料探索：探索新型高性能金属材料和非金属材料的熔丝堆积工艺，以 满足更为严苛的应用环境和高性能要求。
基本内容
3、复合制造：结合其他增材制造技术，如激光熔化、电子束熔化等，实现多 种工艺的复合制造，进一步提高制造效率和灵活性。
基本内容
4、智能化控制：加强数值模拟和人工智能技术在电弧熔丝增材制造中的应用， 实现工艺过程和产品质量的智能化控制。
二、电弧熔丝
二、电弧熔丝
电弧熔丝是一种利用电阻热效应进行加热的熔融金属制作方法。该技术具有 制作速度快、节约材料等优点，在航空航天领域具有广阔的应用前景。
1、电弧熔丝制作原理及种类
1、电弧熔丝制作原理及种类
电弧熔丝制作的基本原理是利用电极与金属丝之间的电阻热效应进行加热。 加热后，金属丝在电弧作用下熔化并滴落到制作件上，从而逐渐形成制作件。根 据加热方式的不同，电弧熔丝可分为脉冲电弧熔丝和直流电弧熔丝两种。
电弧熔丝增材制造铝合金：研究进展与未来展望
电弧熔丝增材制造技术是一种基于熔丝沉积的金属3D打印技术。通过电弧熔 化铝合金丝材，逐层堆积实现零部件的近净成形。这一技术具有降低成本、提高 材料利用率、优化产品设计等优点，为铝合金制造开辟了新的途径。
电弧熔丝增材制造铝合金：研究进展与未来展望
目前，电弧熔丝增材制造铝合金的研究主要集中在工艺优化、性能提升和新 产品开发等方面。在工艺优化方面，研究重点集中在探索工艺参数对成型质量的 影响，如电流、电压、送丝速度等。此外，铝合金材料的开发与选用也是关键。 高性能铝合金的引入，如铝锂合金、高强铝合金，可有效提高制件的综合性能。
基本内容
引言：电弧熔丝增材制造是一种先进的制造技术，通过熔化金属丝材并精确 控制其沉积形态，实现复杂三维结构的快速制造。由于其独特的优势，电弧熔丝 增材制造在航空、航天、汽车、电子等领域得到了广泛的应用。本次演示将重点 综述电弧熔丝增材制造的物理过程、研究现状、应用情况及发展趋势，以期为相 关领域的研究和应用提供有益的参考。
金属材料电弧增材制造技术研究现状
金属材料电弧增材制造技术研究现状摘要：金属材料电弧增材制造技术是一种先进的制造方法，通过在金属表面产生电弧并加热金属粉末以逐层堆叠形成三维构件。
本文对该技术的研究现状进行了综述。
主要内容包括该技术的原理、优点和应用领域。
同时，还对该技术存在的问题提出了解决方案，并展望了未来的发展趋势。
通过深入研究和实践，金属材料电弧增材制造技术有望在制造业中发挥更重要的作用。
关键词：金属材料；电弧增材制造技术；解决方案引言金属材料电弧增材制造技术是一种先进的制造方法，通过利用电弧和金属粉末的相互作用，逐层堆叠形成三维构件。
该技术具有高效、灵活和可定制性强等优点，在制造业中逐渐得到广泛应用。
本文旨在综述金属材料电弧增材制造技术的研究现状，包括其原理、应用领域以及存在的问题与解决方案。
同时，通过对未来发展趋势的展望，希望为该技术的进一步推广与应用提供参考和启示。
1.金属材料电弧增材制造技术概述金属材料电弧增材制造技术是一种先进的制造方法，其基本原理是通过在金属表面产生电弧并将金属粉末加热，使其逐层堆积形成所需的三维构件。
该技术相比传统的制造方法具有许多优点，包括高效、灵活性强和可定制性高等。
它能够实现快速原型制作、零件修复和复杂结构的打印，广泛应用于航空航天、汽车、医疗器械等领域。
电弧增材制造技术不仅可使用多种金属材料，还能够利用多种工艺参数进行控制，以获得理想的制造效果。
然而，该技术仍存在着一些挑战，例如成本、工艺控制和材料质量等方面的问题。
因此，进一步研究和改进该技术的关键参数和工艺流程是非常必要的。
2.金属材料电弧增材制造技术的研究现状金属材料电弧增材制造技术目前已经在全球范围内得到广泛的研究和应用。
在国内外相关研究中，学者们致力于推动这一技术的进一步发展和优化。
研究方向包括材料选择与开发、工艺参数优化、设备改进等。
通过实验和数值模拟方法的结合，研究人员不断探索电弧增材制造技术的优化途径，提高打印效率和制造质量。
基于多丝电弧增材制造研究现状
基于多丝电弧增材制造研究现状目录一、内容描述 (2)1.1 研究背景 (2)1.2 研究意义 (3)1.3 国内外研究现状概述 (4)二、多丝电弧增材制造技术原理及设备 (6)2.1 多丝电弧增材制造技术原理 (7)2.2 多丝电弧增材制造设备构成 (8)2.3 设备主要参数及其对加工影响分析 (9)三、多丝电弧增材制造材料研究 (11)3.1 增材制造材料的选择原则 (12)3.2 常见金属材料多丝电弧增材制造性能分析 (13)3.3 材料研发趋势与创新 (14)四、多丝电弧增材制造工艺优化 (15)4.1 工艺参数优化 (16)4.2 焊接参数优化 (17)4.3 操作技巧与注意事项 (18)4.4 工艺稳定性及其提升策略 (19)五、多丝电弧增材制造工程应用研究 (20)5.1 在航空航天领域的应用 (22)5.2 在汽车制造领域的应用 (23)5.3 在生物医疗等领域的应用案例分析 (25)六、存在问题与挑战 (25)6.1 技术难题及原因分析 (27)6.2 面临的技术瓶颈及突破方向 (28)6.3 对未来技术发展的展望 (29)七、结论与展望 (30)7.1 研究成果总结 (31)7.2 存在的问题及解决方案 (32)7.3 对后续研究的建议与展望 (33)一、内容描述随着科技的不断发展，多丝电弧增材制造技术在材料科学、制造工程和航空航天等领域的应用越来越广泛。
本文档将对基于多丝电弧增材制造的研究现状进行全面梳理和分析，以期为相关领域的研究者提供一个全面了解该技术的参考。
我们将介绍多丝电弧增材制造技术的起源和发展历程，包括其在传统电弧增材制造技术基础上的创新和突破。
我们将重点关注多丝电弧增材制造技术在不同材料、结构和性能方面的应用研究，以及在航空发动机、船舶制造、汽车零部件等领域的实际应用案例。
我们还将对多丝电弧增材制造技术的关键技术和发展趋势进行深入剖析，包括电极设计、电流控制、熔池管理、表面质量控制等方面的关键技术研究。
丝材电弧增材制造技术研究现状及展望
ＤＯＩ ： １ ０ ． ７ ５ １ ２ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １ － ２ ３ ０ ３ ． ２ ０ １ ７ ． ０ ８ ． １ ｌ
Ｓｔ ａ ｔ ｕｓ ａ ｎｄ ｄｅ ｖ ｅ ｌ ｏｐ ｍｅ ｎｔ ｐｒ ｏ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｗｉ ｒ ｅ ａｒ ｃ ａ ｄｄ ｉ ｔ ｉ ｖ ｅ ｍａ ｎｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕｒ ｅ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
“ｌ １ ． １ ｎｉ ｎｇ ｓ ｉ ｚ ｅ ， ｉ ｎ ｐ ａｔ ｌ ｉ ｌ ‘ Ｉ ｌａ ｆ ｔ ， ｔ ｈｅ ｌ ａ ｌ ｉ ｚ Ｐ ｃ ｏ ｍｐｌ ｅ ｘ ｓ ｈ ａ ｐｅ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｅ ｌ ｆ ｉ （ ’ Ｉ Ｐ Ｉ １ ｔ ｓ ｈ ａｐ ｅ ｏ ｔ ｔ ｈ ｅ ｒ ａ ｐｉ ｄ ｍ（ ） ｈｌ ｉ ｎｇ ， ｗｉ ｌ ｅ Ｈ ｌ ｌ ｄ ｌ ｌ Ｕ ＿ ｌ ｔ ｔ １ Ｍ ｈ Ｈｓ ｉ ｔ ｓ ｔ ｍｉ ｌ ｔ ｍ
Ｈ ｄ ｖ ａｎ ｔ ａ ｇ ｅ ｓ ． Ｔｈｉ ｓ ｐ ａ ｐｅ ｒ ｉ ｔ ｏ ｄｌ ｉ （ ！ ｅ ｄ ｔ ｈｅ ｔ ｅ ｅ ｈｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ） ｏ ｔ Ｗ ＡＡＭ ． Ｉ － ｅ ｖ ｉ ｌ ｗｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｅ Ｕ ｌ Ｔ ｅ ｌ ｌ ｔ ｒ ｅ ｓ ￣ ｒ ｈ ｓ ｉ ｌ ｕａ ｔ ｉ ｏｎ ｂ ｏ ｔ ｈ ａ ｔ ］ ｌ Ｏ ｌ ｌ ｌ ｅ￣ ｌ ｌ ｌ ｄ｜ ｌ Ｉ ｌ ｒ Ｉ ） ｌ ｉ ｄ ｆ ｒ ， ， ｍ ’ ｎ ｉｎ ｆ ｇ Ｉ ） １ Ｉ ｌ （ ’ ｔ Ｈ ｉ ｌ ｌ ｌ Ｓ ［ １ ｌ ｆ ＇ ｔ ｌ （ ‘ ｑ ｕａ ｌ ｉ ｔ ｙ（ Ｊ ｆ ｔ ｌ １ ｔ ｛ ） Ｉ － ｌ １ ｉ ｒ ｎ ｇ ｌ ｌ ｌ ｔ ｔ ｔ ｅ ｌ ‘ ｉ ａ １ ． ｔ ｉ ｌ ｅ Ｉ Ｉ Ｉ ｉ Ｃ Ｉ Ｏ Ｓ ｔ ｌ ３ ． １ （ ‘ ｔ ｕ ｔ ’ Ｐ ａ ｎｄ ｐ ｒ ｏ ｔ ） ｅ ￣ ｌ ｉ ｅ ｓ ｏ ｆｌ ｝ ｌ ｅ ｆ ） ｒ ｎ ／ ｉ ｎ ｇ ｐ ａ ｌ ＿ ｔ ａ ｌ １ （ ｛ ｌ ｌ ｌ ｐ ｒ ｔ ｓ ｉ （ １ ｕ ｌｌ ｓ ｌ ｒ ｌ ｓ ｔ ） ｆ １ ｌ Ｉ １ ｔ ｝ ｔ ｝ ｌ ’ ｍｉ ｎ ｇ ｐ ａ ｒ ｔ ｔ ｉ ｍ ｔ ａｓ ｜ ｌ Ｐ （ ‘ ｌ ｓ ． ａ ｌ ｌ （ １ Ｉ Ｊ ｌ ｅ ｌ ｌ Ｓ １ ． １ ｌ ｎｍａ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄ ｉ ｌ ｓ ａ ｐｐｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｍ１ ｉ ｎ ｔ ｉ ｌ ｅ ａ ｅｌ ‘ ｏｓ ｐ ａ ｅ ｅ ｔ ｉ ｅ ｈｔ ． ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ｅ ｄ（ ） ｔ ｉ ｔ ｔ ｈ ａ ｉ ｐ ｒ ｅ ｓ ｔ ｌ Ｉ １ ｒ ｅ ｓ ｅ ｄ ｌ ’ ｔ ・ ｈ ＷＯ Ｉ ｋ ｏ ｔ ＡＡ Ｍ ｍａｉ ｎ ｌ ｙ
铝合金电弧增材制造技术研究现状及进展
铝合金电弧增材制造技术研究现状及进展作者：张江帅来源：《中国化工贸易·中旬刊》2018年第03期摘要：铝合金作为工业生产中广泛应用的一种合金，具有塑性好、强度较高、抗腐蚀性好等优点，是我国未来重点发展的高性能轻型合金材料，在汽车制造、航空领域应用广泛。
传统的制造铝合金构件的方法如铸、锻等不能够实现复杂形状的制造，由于电弧增材制造技术（WAAM）成本低、沉积效率高、成型件冶金性能好等优点，目前，许多学者在铝合金电弧增材制造方面开展了一系列研究。
关键词：特点及优势；增材制造；总结及展望1 电弧增材制造技术特点及优势增材制造技术，是中国制造2025的重点发展技术。
与传统的减法制造（如数控加工）相比，增材制造具有自由度高、成型复杂度高、自动化程度高等优点，特别是能够生产传统方法无法生产的钛和镍合金，在制造业中越来越受到重视。
电弧增材制造（WAAM）是以电弧为载能束的增材制造技术，利用气体金属电弧焊（GMAW）、钨极气体保护焊（GTAW）或等离子弧焊（PAW）等作为热源，逐层堆叠熔化的丝材从而形成金属零件的方法。
相比于激光或者电子束作为热源的增材制造方法，电弧增材制造具有沉积效率高、成型尺寸大、成本低廉等优势，能够低成本高效生产复杂金属构件。
2 铝合金电弧增材制造2.1 TIG电弧增材制造TIG电弧增材制造是以非熔化极气体保护电弧焊作为热源的增材制造方法，采用氩气作为保护气，通过不断熔化丝材堆叠成构件。
具有气孔少、熔池可见、熔渣少、堆焊层致密等优点，同时也存在残余应力、变形较大等缺点。
哈尔滨工业大学的王计辉利用TIG（非熔化极气体保护电弧焊）堆焊成型2219铝合金并对其成型工艺、试样组织特征和力学性能进行了研究。
北京航空航天大学的孙红叶等人对AL-6.3Cu进行了TIG堆焊成型，研究了焊接参数对成形尺寸的影响，并且对比分析了变极性钨极氩弧焊和复合超高频脉冲方法变极性钨极氩弧焊对成型件的影响。
结果发现复合超高频脉冲方法变极性钨极氩弧焊更有利于提高成型件的力学性能。
多丝电弧增材制造研究现状
图3 双丝MIG焊增材制造系统平台[17]
图4 双丝MIG焊增材试样 [17]
为了解决电弧增材时熔敷效率和热输入之间的 矛盾关系，哈尔滨工业大学的耿正等[18] 提出了一种 高熔敷率、低热输入的Tri-Arc双丝电弧系统。TriArc是一种采用三台焊接电源、两根焊丝产生三电弧 的焊接方法。如图5所示，VPPS、PPS1、 PPS2分别 是一可变极性电源和两个直流脉冲电源，通过三台 电源之间进行相互协调，控制电源的极性和脉冲关 系，可以建立三条电弧。三条电弧分别是焊丝E1与 工件所产生的电弧A1、焊丝E2与工件所产生的电弧 A2，以及焊丝E1和焊丝E2产生的电弧M。部分电流 会从两根焊丝之间流过，降低了热输入，M弧的存 在也保证了熔敷率。
10 2021年 第7期
热加工
图5 Tri-Arc增材系统示意[18]
电弧增材制造专题
Arc Additive Manufacturing Topic
图6 高速摄像拍摄的M弧形态 [19]
焊丝之间流过的一种焊接方法。通过调节工件与双 焊丝之间的距离来调节间接电弧的热输入，图7为传 统电弧焊和双丝间接电弧焊的对比。
本文综述了国内外学者为兼顾多丝电弧增材制 造技术的高熔敷效率与低热输入和控制熔滴平稳过 渡而做出的改进与发展，列举了异质多丝合金化研 究现状，分析了其优缺点和存在的主要问题，并展 望了未来多丝增材制造的发展趋势。
2 多丝电弧增材制造技术的发展与改进
2.1 高熔敷率和低热输入的兼顾 为了寻求更高的熔敷效率，1955年美国Union
在全球工业4.0的背景下，越来越多的学者通过 改进设备、新技术研发等手段改进或提高焊丝的熔 敷效率提高产品制造效率[11]。一般来说，影响电弧 增材制造成形效率的因素包括送丝量、送丝速度、 熔敷速度、熔敷功率、路径规划、工装设计等，使 用多丝电弧增材技术便是提高效率的一种选择。相 比于单丝电弧增材系统（如TIG焊、MIG焊）使用 单一焊丝增材，多丝电弧增材技术使用两根及以上 的焊丝并在必要时配以多个电源进行增材。由于多 丝电弧增材技术可以采用异质焊丝的特点，这就为 增材成分调控提供了基础。
铝合金电弧增材制造技术研究发展现状
英国学者在焊接工程研究中心做了大量研究，
利用堆焊技术将金属形状沉积技术应用于飞机机身 快速制造上，这使得许多航天企业都使用WA A M技 术，并使直接成形大型结构件越来越方便，缩短了 大型结构件的研制周期[30]。
针对航空航天领域的铝合金轴承、机舱截面、 框架梁及格栅等典型结构零件，首都航天机械有限 公司、北京航兴机械制造有限公司、华中科技大学 等都进行了研究，并进行了应用试生产，如管道支 撑件（2219合金）、壳体模拟零件（4043合金）、 框架梁结构（5B06合金）及网格结构（4043合金） 等 。 [31-35]
图2 WAAM工作原理 2.3 电弧增材制造技术应用
电弧增材制造相对于其他制造技术来说，其特 点如下：制造周期短；自动化程度高；原材料利用 率高，对零件尺寸的限制少。
电弧增材技术虽没有普遍使用，但是在少量重 要领域，电弧增材技术应用确实很多，如：全焊缝 金属成分高，密度高，力学性能好，已用于生物医 学、航空航天等领域，并且有望在更多领域得到广 泛使用[25-29]。
究现状 基于GMAW增材制造研究的同时，国外许 多研究者也将研究方向转至基于G TAW的电弧增材 制造技术，因其热输入较G M AW小，成形精度会更 高。
美国Southern Methodist大学OUYANG等[44]采用 G TAW工艺堆焊5356铝合金构件进行研究，结果表 明，影响零件尺寸精度和表面质量的主要因素有电 弧长度、基板预热温度和层间温度，图4所示为快速 成形件。挪威科技大学相关研究人员利用电弧增材 制造技术制备5183铝合金薄壁结构，结果表明，成 形样件微观组织和力学性能良好，但是需要进一步 优化工艺参数，以减少气孔和热裂纹产生。
电弧增材制造技术研究发展现状
电弧增材制造技术研究发展现状胡韬郭纯何梓良魏宝丽陈丰（安徽科技学院机械工程学院，安徽滁州233100）摘要：简要阐述了电弧增材制造技术的发展历史，分析了国外电弧增材制造研究发展现状，对电弧增材制造技术的发展前景进行了展望。
关键词：电弧增材；CMT技术；激光视觉传感技术0引言电弧增材制造技术是一种建立在电焊技术基础上的智能化、数字化的连续堆焊技术，其原理是使用焊接工艺中普遍应用的气体保护焊技术，以高温电弧为热源，熔化作为原材料的丝材，再进行一层一层堆叠，最后形成所需的零件。
1电弧增材制造技术的发展历史增材制造技术根据所使用的热源不同，主要分为激光增材制造技术、电子束增材制造技术和电弧增材制造技术以及金属固相增材技术。
其中，电弧增材制造技术是由德国科学家率先提出的一项新技术，该技术以金属焊丝为原料，采取埋弧焊接的方式，按照预先设计好的路径将融化的材料层层堆积，最后凝固成型，形成大尺寸零件。
20世纪90年代，英国的Ribeiro等人对这项技术又进行了进一步发展，同时期的Spencer等人为了零件的快速制造也做了一些工艺上的研究，这些研究对后来的电弧增材制造技术造成了极大影响。
其后的发展过程中得益于20世纪90年代以来的数字化和信息化技术的高速发展，在近30年的发展过程中成形控制和性能控制这两大问题的解决也使得电弧增材制造技术愈发成熟。
电弧增材制造技术采用传统的熔化极气体保护焊方式，其特点是热输入量较高，成型过程中输出热源反复在刚刚产生和成型的部位上移动，使其热积累量变高，使得材料在堆叠过程中会产生飞溅、形成多个气孔等一系列问题。
1.1CMT（冷金属过渡）技术CMT（冷金属过渡）技术的提出和应用则在一定程度上解决了上述难题。
电弧增材的过程中由于丝材要熔化堆叠，在持续不断的堆叠中就难免会让熔池的热积累量越来越高，不断的热量输入所产生的热量积累可能会使熔池产生飞溅问题，为此CMT技术应运而生。
相对于传统的气体保护焊，CMT技术产生的电弧温度和熔化丝材产生的熔滴温度比较低，主要得益于冷热循环交替原理。
丝材电弧增材制造常用材料及其缺陷研究进展
丝材电弧增材制造常用材料及其缺陷研究进展随着近年来增材制造技术的不断发展和成熟，丝材电弧增材制造已成为一种重要的制造技术，广泛应用于航空、汽车、机床等领域。
本文将就丝材电弧增材制造的常用材料及其缺陷研究进展进行探讨。
一、丝材电弧增材制造常用材料1.钛及钛合金钛及钛合金具有质轻、高强度、良好的抗腐蚀性和热应力耐受性等优点，被广泛应用于航空和医疗等领域。
然而，其加工过程中易产生气孔、裂纹等缺陷，并且会出现氧化和氮化等问题，影响制造质量。
2.镍基合金镍基合金具有高温抗氧化、抗腐蚀性能良好等特性，广泛应用于航空和航天等领域。
但由于其硬度较高，加工难度较大，且易引起热裂纹和形变等问题。
3.不锈钢不锈钢具有耐磨、抗腐蚀等特性，被广泛应用于航空、医疗、船舶等领域。
然而，由于其成分复杂，易产生过热现象，导致缺陷的生成。
4.铝及铝合金铝及铝合金具有良好的导热性、导电性、低密度等特性，被广泛应用于汽车、飞机等领域。
但其熔点较低，制造过程中易形变、产生裂纹和缩孔等缺陷。
二、丝材电弧增材制造常见缺陷1.气孔气孔是增材制造过程中的常见缺陷，主要是由于气体在熔池中的溶解度降低，随着熔池凝固，气体从熔池中析出形成气孔。
钛及钛合金、镍基合金等材料由于易氧化、易氮化，使得制造过程中氧化和氮化产生的气体也会造成气孔的形成。
2.裂纹裂纹是增材制造过程中的重要缺陷，危害产品的力学性能，甚至会导致制品的破裂。
裂纹的产生原因主要是由于制造过程中温度梯度大，冷却速率快，造成局部过热和冷却应力无法释放，从而形成裂纹。
3.缩孔缩孔是增材制造过程中的另一种重要缺陷，主要是由于材料在熔池凝固时发生收缩，产生的拉伸应力无法得到释放而形成的。
缩孔会影响产品的力学性能和外观，严重者甚至会导致制品的破裂。
三、常用材料缺陷治理措施为了解决丝材电弧增材制造中常见的缺陷，提高制造质量和工艺效率，人们采取了许多有效的缺陷治理措施，如下所述：1.加强预处理通过提高预热温度、控制钛及钛合金中的氧、氮等元素含量、对不锈钢进行预脱气等预处理措施，可以有效减少气孔、裂纹等缺陷的产生，提高制造质量。
电弧熔丝增材制造控形技术研究现状与展望
电弧熔丝增材制造控形技术研究现状与展望
蒋凡;杨迪;张国凯;许志合;蔡新翰;闫朝阳;陈树君
【期刊名称】《机械制造与自动化》
【年(卷),期】2024(53)2
【摘要】金属增材制造是制造强国战略下推动我国高端装备制造业转型升级的重点发展方向。
电弧增材制造以其高沉积效率、低成本、可进行复杂结构直接成形等优势受到了广泛的关注。
但增材过程中涉及的物理过程复杂,成形质量与精度面临很大挑战。
针对电弧增材制造技术短流程、长周期的制造特征,讨论如何从热源上降低成形偏差、从过程上降低制造误差、从结果上改善成形精度,介绍了一系列创新的热源调制、过程控制与结果优化的方法策略,总结了现有技术存在的问题与面临的挑战,为如何进一步提升电弧增材过程的成形控制效果提出了几点思考。
【总页数】10页(P1-10)
【作者】蒋凡;杨迪;张国凯;许志合;蔡新翰;闫朝阳;陈树君
【作者单位】北京工业大学汽车结构部件先进制造技术教育部工程研究中心;哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TG444
【相关文献】
1.丝材电弧增材制造技术研究现状及展望
2.基于熔化极电弧增材制造的控“形”与控“性”技术研究现状与展望
3.电弧增材制造控形改性技术研究进展
4.电弧熔丝增材制造过程传感与控制研究进展及展望
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
铝合金电弧增材制造研究现状
第52卷第11期表面技术2023年11月SURFACE TECHNOLOGY·111·铝合金电弧增材制造研究现状张铂洋1，李旭2，张玉娇1，李英豪1，宗然1*（1.山东理工大学 机械工程学院，山东 淄博 255000；2.山东越浩自动化设备有限公司，山东 临沂 276000）摘要：电弧增材制造技术（Wire Arc Additive Manufacturing，WAAM）具有沉积速率高，成形速度快以及适合各种成形环境的优点，吸引了越来越多的高校及科研机构投入其中，如何进一步发挥电弧增材制造的优势是当下的研究热点。
阐述了铝合金电弧增材过程中热输入、电流方式和外加能场对成形件表面形貌、微观组织以及力学性能的影响。
当焊接电流较小或焊接速度较快时，热输入较低，熔融金属冷却速度快，形核率高，成形件为晶粒细小的等轴晶粒，提供给气孔的形成、聚集和长大的时间短，即热输入越低，成形件等轴晶区越宽，晶粒越细小，气孔缺陷越少，成形件机械性能越优异。
对比分析了不同电流方式的电弧增材制造成形件性能差异，发现脉冲和变极性电流方式的热输入比无脉冲电流方式低，成形件晶粒更精细、缺陷更少、机械性能更优异；脉冲和变极性电流方式都可以清理成形件表面氧化膜，获得平整的表面。
分析了电弧增材制造系统的优化方案，发现施加磁场、激光可以使得电弧更加集中，调控熔池流动，避免熔敷金属铺展不均匀；施加原位轧制、层间锤击以及超声喷丸可使得沉积层发生变形，在晶粒内产生大量位错；利用水箱或者添加保护气喷嘴可以降低电弧增材过程的热输入，获得晶粒细小、气孔缺陷少的成形件。
最后提出了电弧增材铝合金现阶段存在的问题以及解决方法。
关键词：铝合金；电弧增材；热输入；电流方式；外加能场中图分类号：TG456.2文献标识码：A 文章编号：1001-3660(2023)11-0111-17DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2023.11.009Research Status of Arc Additive Manufacturing of Aluminum AlloyZHANG Bo-yang1, LI Xu2, ZHANG Yu-jiao1, LI Ying-hao1, ZONG Ran1*(1. School of Mechanical Engineering, Shandong University of Technology, Shandong Zibo 255000, China;2. Shandong Yuehao Automation Equipment Company Limited, Shandong Linyi 276000, China)ABSTRACT: Aluminum alloys have advantages of low density and high specific strength, so they are widely used in lightweight design fields such as aerospace and automobiles. With the development of the aerospace and automotive industries, aluminum alloy structural parts have developed towards high precision, large size and complex shapes, which puts forward higher requirements for the manufacturing technology of aluminum alloy parts. Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM) has the advantages of high deposition rate, fast forming speed and is suitable for various forming environments, attracting more and收稿日期：2022-09-06；修订日期：2022-12-24Received：2022-09-06；Revised：2022-12-24基金项目：国家自然科学基金（51905321）；山东省精密制造与特种加工重点实验室Fund：National Natural Science Foundation of China (51905321); Shandong Provincial Key Laboratory of Precision Manufacturing and Non-traditional Machining引文格式：张铂洋, 李旭, 张玉娇, 等. 铝合金电弧增材制造研究现状[J]. 表面技术, 2023, 52(11): 111-127.ZHANG Bo-yang, LI Xu, ZHANG Yu-jiao, et al. Research Status of Arc Additive Manufacturing of Aluminum Alloy[J]. Surface Technology, 2023, 52(11): 111-127.*通信作者（Corresponding author）·112·表面技术 2023年11月more universities and scientific research institutions for investigation. How to make full use of the advantages of WAAM to reduce or avoid defects in WAAM is a research hotpot.The effect of heat input, current waveform and external energy field on the surface morphology, microstructure, and mechanical properties of the WAAM parts is expounded. It is found that when the welding current is small or the welding speed is fast, the heat input of the WAAM is small. Therefore, the melting metal cooling speed is fast, the nucleation rate is high, the grain does not have enough time to grow up, so the forming part has fine equiaxed grains. When the heat input is low, the time for the formation, aggregation and growth of pores is shorter. In other words, the lower heat input, the wider equiaxed crystal zone, the smaller grains, the less pore defects, and the better mechanical properties of the forming parts. The reasons for the different properties of WAAM with different current modes were analyzed. It was found that the heat input of pulse current and variable polarity current mode was lower than that of no pulse current mode, and the oxide film on the surface of the forming part could be cleaned, so that the forming part with flat surface could be obtained. The optimization scheme of arc additive manufacturing system was analyzed. It was found that applying magnetic field and laser could make the arc more concentrated, control the molten pool flow, and avoid the uneven spread of molten metal. In situ rolling, interlayer hammering and ultrasonic shot peening could deform the sedimentary layer and produce a large number of dislocations in the grain. The heat input of arc additive could be reduced by using water tank or adding protective gas nozzles, and the formed parts with small grains and fewer porosity defects could be obtained.At present, the research of arc additive manufacturing of aluminum alloy mainly focuses on: reducing heat input by changing wire feeding speed, traveling speed and current mode and combining molding with other equipment to reduce the air hole defect of arc additive molding parts. However, the process parameters require a lot of experiments, which requires a lot of material cost and time cost. In the future, in order to make arc additive manufacturing technology be better applied to aluminum alloy manufacturing, it is necessary to develop a composite arc additive system with multi-energy field co-convergence, and adjust process parameters associated; establish the process parameters database and realize the sharing of manufacturing data;combine the numerical simulation with the experiment, verify the rationality of the simulation through the experiment, and explain the defects in the forming process and the mechanism of microstructure evolution from the perspectives of temperature field, flow field and stress field in the arc additive process, so as to guide the experiment.KEY WORDS: aluminum alloy; arc additive manufacturing; heat input; current mode; energy field铝合金由于具有密度小、比强度高及优良的综合力学性能等优点被广泛应用于航空航天、汽车等轻量化设计领域中[1]，伴随着航空航天和汽车产业发展，铝合金结构件已经朝着高精度、大尺寸和复杂形状发展，这对铝合金部件的制造技术有了更高的要求。
CMT电弧增材制造高锰铝青铜合金研究现状及展望
CMT电弧增材制造高锰铝青铜合金研究现状及展望打开文本图片集摘要：本文主要针对国内外就CMT电弧增材制造高锰铝青铜的研究现状为本体对象，试图理清本研究内容的历史脉络，了解CMT电弧增材制造高锰铝青铜的发展过程和相关成果，并分析该研究现状目前所存在的問题，通过本文对该合金制造的研究作回顾性综述，并了解高锰铝青铜合金的电弧增材制造方法未来前景与展望。
关键词：高锰铝青铜;CMT;增材制造;组织性能0引言近年来，增材制造技术飞速发展，市场前景十分广阔。
该技术能够对金属、非金属材料加工，不仅可以解决复杂形状物体的制造，相对传统的制造工艺而言，无需繁杂的刀具和模具，还能使得物体的生产工序减少，大大缩短了物体的加工时长。
高锰铝青铜材料，具备良好的力学性能，且在海水中耐腐蚀性能优越，造价低廉，其耐热和耐磨等优异性能良好的应用于各类轴承、轴套和齿轮等零部件，同时该合金也是制造大型螺旋桨的材料之一。
本文综述了高锰铝青铜电弧增材制造技术的发展现状及展望。
1CMT电弧增材制造高锰铝青铜的研究历程1、1国内研究现状及成果国内对于电弧增材制造高锰铝青铜的微观组织成分的研究主要是针对于合金内的元素对合金的抗拉强度、屈服强度及合金的其他性能造成的一些影响，并提出相关改良性的结论。
杜磊、周浩等利用回归分析的方法，对影响高锰铝青铜力学性能的元素进行了实验。
得知当Al含量为7。
8%～8。
3%时，相应的Mn含量约为13、7%～14、3%合金性能处于最佳状态。
纪胜如等人经过反复研究高锰铝青铜中Al与Mn含量的关系时，得出了（Al+）%当量与性能的相关性最好的结论。
李雨蔚等人用熔铸法制备了Cu-12Al-2Ni-3Fe-Mn合金，为了弄清差异化的Mn含量对耐磨铝青铜的组织及性能的影响，其通过多种设备对合金进行研究，随Mn含量的不断升高，合金的抗拉和屈服强度呈现先增加后降低的趋势，并且还能使铝青铜合金的磨损量与稳定摩擦系数有效降低。
对于在电弧增材制造高锰铝青铜薄壁试样的研究方面，陈伟等人采用冷金属过渡技术，以氩气为保护气，交替往复的方式增材，后对制造出的高锰铝青铜薄壁试样研究分析发现，其微观组织主要呈现3个区域，主要由基材树枝晶、柱枝晶和转向枝晶相互转化而构成，并且在柱枝晶晶界处比晶内的Al、Mn、Ni元素更丰富。
电弧增材制造技术在材料制备中的研究现状及挑战
轉猱专题综述电弧增材制造技术在材料制备中的研究现状及挑战杨笑宇李言赵鹏康杨明顺(西安理工大学机械与精密仪器工程学院，西安71004%)摘要增材制造技术可直接低成本一体化制造复杂构件，成为最具潜力的材料加工技术。
针对大尺寸复杂构 件的低成本、高效快速近净成形，基于堆焊技术发展起来的电弧增材制造技术（WAAM)成为最合适的方法。
综述 了近年来国内外学者关于电弧增材制造技术在不同材料成形工艺参数及力学性能方面的成果，分析了工艺参数对 不锈钢、铝合金和钛合金三种常见材料组织与性能影响规律，对未来电弧增材制造技术的发展方了展望。
关键词！电弧增材制造工艺参数控形控性中图分类号：TG444 +.74〇前言增材制造（Additive Manufacturing，AM)技术基于-堆 ，堆积材料的方法制造 ：件[1]。
比于传统的等材制造（铸造、锻造等）技术 和减材制造（车削、铣削等)技术，增材制造技术 于对制造 的制，制造 化 件的一 的一，是制造业的一 性。
增材制造技术可 效减少工序，缩，对于形状复杂、原材料 高的 ，增材制造技术速度快、效高的加工 为。
在学、等 ，增材制造技术 展现分 的[2-4]。
丝材电弧增材制造（Wire and Arc Additive Manufacture，WAAM)属于金属增材制造技术的一种 ，以电弧作为 化金 材，在金属基堆积成形[5]。
W AAM制造 ，化 高，能 数字化、智能化和柔性化制造。
它对于原材料的 高，可快速制造出形构较为复杂的零件，同对于零件的尺寸限制。
外卜，W AAM成型件 焊缝金属组成，致性高，力学性能好，将成为 制造业未来的 =发展方向[6]。
WAAM成形材料主要有不锈钢、铝合金和钛合收稿日期！2018 -03 -23基金项目：陕西省教育厅自然专项（102 -206061738)金等。
为了达到工件 求，尽量减少加工缺陷，WAAM成形 中的工艺参数 优化。
电弧增材制造成形控制技术的研究现状与展望
摘要：电弧增材制造是低成本金属零件直接成形的重要研究方向之一。
金属零件形貌的成形精度是评判成形质量的一个重要指标。
从成形工艺特性、尺寸数学建模、过程控制等角度阐述了电弧增材制造成形控制技术的国内外研究现状；重点总结了基于视觉传感的电弧增材制造闭环控制技术的研究现状；分析了电弧增材制造成形控制技术研究存在的关键问题；提出了未来电弧增材制造成形控制技术的研究内容和发展方向。
关键词：电弧增材制造；成形控制；成形工艺；闭环控制中图分类号：TG444文献标志码：A 文章编号：1001－2303（2015）09－0045-06DOI ：10.7512/j.issn.1001-2303.2015.09.10第45卷第9期2015年9月Vol．45No．9Sept.2015Electric Welding Machine熊俊1，薛永刚2，陈辉1，张卫华1（1.西南交通大学，四川成都610031；2.南车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东青岛，266111）Status and development prospects of forming control technology in arc-based additivemanufacturingXIONG Jun 1，XUE Yonggang 2，CHEN Hui 1，ZHAN G Weihua 1（１．ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００３１，Ｃｈｉｎａ；２．ＣＳＲＱｉｎｇｄａｏＳｉｆａｎｇＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｑｉｎｇｄａｏ２６６１１１，Ｃｈｉｎａ）Abstract ：Arc -based additive manufacturing technology is one of the most significant research directions in low cost metal partsdirect fabrication.Forming accuracy of the metal parts appearance is an important index for evaluating the forming quality.Domestic and overseas research status of formation control in arc -based additive manufacturing are elaborated from the aspects of forming technology characteristics ，geometry modeling and process control.Research status of closed-loop control technology based on vision-sensing in arc-based additive manufacturing is emphatically summarized.The Key problems of forming control in arc-based additive manufacturing are analyzed ，and future research contents as well as directions of this technology are also proposed.Key words ：arc-based additive manufacturing ；forming control ；forming technology ；closed-loop control 收稿日期：2015-04-07；修回日期：2015-04-22基金项目：四川省科技支撑计划项目（２０１５ＧＺ０３０５）作者简介：熊俊（１９８６—），男，副研究员，博士，主要从事电弧增材制造及焊接过程传感与控制方面的研究工作。
电弧增材制造技术及其应用的研究进展
在应用方面，电弧增材制造技术已在多个领域得到广泛应用。例如，在航空航 天领域，利用该技术成功制造出了高性能的飞机零部件和卫星结构件；在汽车 制造领域，电弧增材制造技术用于生产高性能的发动机零件和车身结构件；在 医疗器械领域，电弧增材制造技术成功应用于生产个性化的植入物和医疗器械。
然而，电弧增材制造技术仍存在一些问题需要进一步研究和解决。例如，如何 进一步提高制造效率和稳定性、降低成本和减少缺陷等。未来的研究方向将主 要集中在解决这些问题上，以实现电弧增材制造技术的更广泛应用和产业化。
电弧增材制造技术及其应用的研究进展
01 引言
03 研究方法 05 应用前景
目录
02 研究现状 04 研究成果 06 结论
引言
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ着制造业的不断发展，增材制造技术逐渐成为研究的热点。其中，电弧增材 制造技术以其独特的优势，如高效率、低成本和高速度等，在制造领域中具有 重要的应用价值。本次演示将详细介绍电弧增材制造技术的研究现状、方法及 应用前景，以期为相关领域的研究提供参考。
应用前景
随着科技的不断进步和应用领域的拓展，电弧增材制造技术的应用前景越来越 广阔。首先，与传统制造技术相比，电弧增材制造技术具有更高的灵活性和自 由度，可以快速制造出复杂的三维实体。其次，该技术的成本效益较高，可以 大幅度降低制造成本。最后，随着新材料和新技术的应用，电弧增材制造技术 的未来发展潜力巨大。
研究现状
电弧增材制造技术是一种基于电弧等离子体的快速成形技术，通过逐层堆叠金 属材料来制造三维实体。自20世纪90年代问世以来，该技术在全球范围内得到 了广泛和研究。在工艺方面，研究人员不断优化电弧增材制造技术的各个参数， 如电流、电压、送丝速度和扫描速度等，以提高制造效率和稳定性。此外，研 究人员还针对不同类型的金属材料，如不锈钢、铝合金和钛合金等，开发了相 应的电弧增材制造工艺。
镁合金电弧增材制造研究现状及展望
第 2 期第 16-30 页材料工程Vol.52Feb. 2024Journal of Materials EngineeringNo.2pp.16-30第 52 卷2024 年 2 月镁合金电弧增材制造研究现状及展望Research progress and prospect inwire arc additive manufacturingmagnesium alloy刘宏杰，刘文才*，孙家伟，王茜瑶，邝思羽，吴国华（上海交通大学材料科学与工程学院轻合金精密成型国家工程研究中心，上海200240）LIU Hongjie，LIU Wencai*，SUN Jiawei，WANG Xiyao，KUANG Siyu，WU Guohua（National Engineering Research Center of Light Alloy Net Forming，School of Materials Science and Engineering，Shanghai Jiao TongUniversity，Shanghai 200240，China）摘要：电弧增材制造由于其高沉积速率、高材料利用率、低成本以及具有制造大尺寸构件的能力而得到研究人员的广泛关注，有望广泛应用于镁合金的快速成形。
本文概述了电弧增材制造用镁合金丝材的种类及其对丝材的要求，总结了现今适合于镁合金电弧增材制造用丝材的制备方法，重点论述了镁合金电弧增材制造工艺的制备技术、基本原理、微观组织及力学性能，讨论了不同电弧增材制造工艺制备不同镁合金的影响因素，分析了镁合金电弧增材制造目前可用丝材种类少以及增材制造构件形性尚不可控等问题，并且在优化电弧增材制造镁合金构件性能和推进应用方面进行了展望。
关键词：镁合金；丝材制备；电弧增材制造；力学性能doi：10.11868/j.issn.1001-4381.2022.000380中图分类号：146.2+2 文献标识码：A 文章编号：1001-4381（2024）02-0016-15Abstract：Wire arc additive manufacturing （WAAM） has received extensive attention from researchers due to its high deposition rate，high material utilization，low cost，and ability to manufacture large-scale components. It is expected to be widely used in rapid forming of magnesium alloys. The current types and requirements of wires used in WAAM of magnesium alloy were summarized.Then，the current preparation methods suitable for WAAM of magnesium alloy were introduced.The manufacturing technology， deposition mechanism， microstructure and mechanical property of various WAAM-processed magnesium alloys were discussed.Finally，the problems such as the few types of available wires and the uncontrollable shape and property of components for wire arc additive manufacturing of magnesium alloys were analyzed.The optimization of properties and application of components for wire arc additive manufacturing of magnesium alloys were forecasted.Key words：magnesium alloy；wire preparation；wire arc additive manufacturing；mechanical property镁合金具有高的比强度和比刚度，良好的尺寸稳定性、导热导电性，以及优异的铸造、切削加工性能，并具有高阻尼、电磁屏蔽、资源丰富、易回收利用等优点［1-2］，高性能镁合金材料是支撑航空、航天、新一代武器装备、高速列车以及新能源汽车等高端装备不断升级发展的先进基础材料［3-4］。
机器人电弧熔丝增材—机械铣削减材复合制造基础研究
05
结论与展望
研究结论
机器人电弧熔丝增材制造技术 的有效性得到验证，能够实现 复杂三维结构制造。
机械铣削减材制造技术能够实 现高精度、高效率的加工。
两种技术的结合可以发挥各自 的优势，实现高效、高精度的 复杂零件制造。
研究不足与展望
机器人电弧熔丝增材制造技术的稳定性和精度有待提高，需要进一步研究控制策 略和工艺参数优化。
研究现状与问题
国内外研究者针对机器人电弧熔丝增材制造技术开展了大量研究，并取 得了一定的研究成果。
同时，国内外研究者也针对机械铣削减材制造技术开展了大量研究，并 取得了一定的研究成果。
但是，将机器人电弧熔丝增材制造技术与机械铣削减材制造技术相结合 的研究还处于起步阶段，存在一些亟待解决的问题，如制造效率与质量 的提高、制造过程的优化等。
参数优化
为了提高机械铣削减材制造的效率和精度，需要对铣刀类型、切削参数、冷却方式等工艺参数进行优 化。通过对不同参数组合的试验和对比，可以找到最佳的工艺参数组合，以提高切削效率、降低刀具 磨损和减少零件变形等。
机械铣削减材制造应用及案例分析
应用
机械铣削减材制造被广泛应用于航空航天 、汽车、船舶等领域。例如，在航空航天 领域，该方法被用于加工各种复杂形状的 飞机零部件和发动机零件等；在汽车领域 ，被用于加工各种复杂形状的汽车零部件 ，如汽缸体、曲轴等；在船舶领域，被用 于加工各种船用零部件和海洋工程结构件 等。
蚀性构件的快速高质量成形与加工。
机器人电弧熔丝增材—机械铣削减材复合制造工艺及参数
优化
要点一
要点二
工艺流程
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
参数优化
包括设计、三维模型构建、机器人电弧熔丝增材制造、 机械铣削减材制造、后处理等步骤。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
国内电弧增材制造技术的研究现状与展望
摘要：本文简述了电弧（电熔）增材制造技术特点、优势和发展历史，详细分
析了国内在电弧增材制造工艺、质量控制、电弧增材制造材料性能三方面的研究
情况，并基于目前的研究现状，提出了电弧增材制造技术在制造工艺、质量控制
和材料性能三方面研究的建议。
关键词：电弧增材制造，研究现状，展望
1引言
增材制造，是一种新型的金属“降维”制造工艺，通过对三维数字模型进行分
层切片处理，再按照预先规划好的路径将材料逐层累加的制造方式，是一种自下
而上，化零为整的制造方法，在复杂结构零部件制造方面有很大优势。
电弧增材
制造(Arc welding additive manufacturing，简称WAAM)技术，也称为电熔增材制造
技术（Electrical additive manufacturing，简称EAM ）是采用电弧为热源的增材制
造技术，通过熔化金属丝材或粉末，逐层堆积出金属零部件的制造方法，具有丝
材利用率高、生产效率高，成本底，零件的尺寸不受成形缸或真空室的限制，易
于修复零件等优点。
和传统的铸造、锻造技术相比，制造过程无需模具，整体制
造流程短，制造周期短，柔性化程度高，易于实现数字化、智能化，对设计的响
应快，可实现零部件的拓扑优化设计，在小批量、复杂构件的个性化定制方面具
有很大技术和成本优势。
20世纪70年代，德国学者提出了电弧增材制造的概念，并采用该技术制造
了一金属容器。
20世纪80年代，美国使用等离子弧焊、熔化极气体保护焊技术
制造出了镍基合金金属构件，20世纪90年代，随着增材制造技术的发展，电弧
增材制造技术也得到了空前的发展，在装备、工艺及材料性能研究方面均取得了
很大突破。
2电弧增材制造技术研究现状
目前国内外用于WAAM制造的电弧种类主要为熔化极气体保护焊（GMAW），钨极惰性气体保护焊（GTAW）、等离子弧焊（PAW）等，尤其是配以冷金属过
度的熔化极气体保护焊，因其热输入小，电弧稳定性好等特点，得到了广泛发展
和应用。
今年来，国内各大高校针对电弧增材制造的研究也在不断深入，主要集
中在成形控制、过程监控和成形件性能研究等方面。
2.1工艺与成形研究
电弧增材制造在制造过程中液态熔池较大，电弧的可控性难，故成形控制是
电弧增材制造的发展的主要瓶颈之一。
电弧增材制造的在成形设备方面，主要有
两种方式，一种是焊接设备与多功能数控机床复合，另一种是焊接设备与多轴机
械手复合，实现柔性制造。
成形控制方面的研究主要集中在工艺优化、过程监控
以及实时反馈等方面，在工艺优化环节主要是通过实验，针对不同的增材方法，
研究合适的工艺参数，例如打印速度，丝径，送丝速度，电流，电压等。
沈泳华[[[]沈泳华.电弧增材制造成形系统设计和成形规律研究[D].南京：南京航空航天大学，2017]]研究了以KUKA焊接机器人和Fronius数字化焊机为主要设备的GMAW
冷金属过渡电弧增材制造系统和成形规律，采用“反切削法”实现了电弧增材制造
成形路径规划系统，并研究了不同工艺条件下的表面成形质量。
熊俊[[[] 熊俊.多
层单道GMA增材制造成形特性及熔敷尺寸控制[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2014]]研究了单道熔化极气体保护增材制造的工艺特性和成形质量，表明熔敷电
流是决定成形形貌的决定因素，良好的成形电流区间为100~180A。
柳建等人[[[]
柳建，朱胜，殷凤良，等．工艺参数对堆焊熔敷成形极限倾角的影响规律[J]．沈
阳工业大学学报，2012，34(5)：515—5 19．]]采用逐层横向偏移焊枪的方式成形
倾斜面，揭示了工艺参数对堆焊成形极限倾斜角的影响规律，结果表明极限倾角
是由熔滴的表面张力、悬空部分自重力和电弧力平衡的结果。
电流大小决定表面
成形情况成形，极限倾角为450。
2.2质量检测方面的研究
建立可靠的内部缺陷无损检测方法是增材制造技术实现工程应用基础，鉴
于增材制造技术的特点，成形和成性在同一时空完成，且其内部质量们无法在后
续工序检测，只能通过破坏性检测或在使用过程中发现，故增材制造的过程监控
和过程质量检测尤为重要。
基于增材的技术特点，其内部缺陷应采取主动控制。
无损检测技术一般分为在线检测(过程中检测)和事后检测两种。
良好的在线检测
是实现内部缺陷的主动控制前提。
在线检测可以及时发现缺陷，采取及时的补救
措施，形成闭环控制。
与事后检测相比，可以降低补救难度，节省时间。
在线检
测目前有两种方法，其一是在线监测，通过监测制造过程特征参数来评价过程的
稳定性，进而间接判断增材制造件的内部质量，常见的方法有熔池尺寸监测、熔
池温度监控等，其二是在线无损监测，直接将无损监测技术如超声波技术、视觉
监测、温度场监测技术运用到在线过程，直接检测是否存在缺陷。
刘磊[[[] 刘磊.
电弧熔积增材过程中在线检测的研究与实现[D].武汉：华中科技大学，2016.]]以分散检测为出发点的永磁扰动检测方法，该方法可以成功检测出宽度0.3mm的开放性缺陷，直径0.8mm的内部气孔以及埋藏深度3mm，直径1mm的内部缺陷。
袁久鑫等人[[[] 袁久鑫，秦训鹏，张进鹏，等.基于激光超声的电弧增材制造内部缺
陷深度检测[J].中国机械工程，2020]]了通过仿真与实验的方法，研究了激光超声
的内部缺陷深度检测，研究表明该方法可以检测出最大深度10mm处1mm的圆
形缺陷，随着缺陷尺寸的减小，检测深度降低。
目前的电弧增材制造内部质量检
测主要集中在制造过程中的研究，以在线特征参数监测和在线无损检测为主，对
于缺陷容限、评价标准等方面的研究鲜有报道。
2.3材料性能方面的研究
增材制造是将传统制造方式的材料制备和部件制造工序结合在了增材一个
工序中，以小熔池，微冶金，快速凝固，实现材料制备和部件制造，过程中小熔
池的结晶冷却速度极快，其结晶条件和传统钢锭的结晶条件存在很大差异，且材
料经历了多次不平衡热循环，最终交货状态一般为消应力状态，故在性能方面和
传统的铸、锻也存在较大差异。
笔者研究了电熔增材制造EAM08CrMo的性能，
表明电弧增材制造EAM08CrMo具有良好的机械性能，尤其是冲击韧性，机械性
能在宏观上没有厚度效应和方向性[[[]严连菊. 电熔增材制造EAM08CrMo 钢性能研究[J].电焊机.2019,49(4):111-215]]。
张亚斌等研究了热处理参数对增材制造反应堆
压力容器用钢16MND5材料性能的研究，表明电熔增材制造过程中材料残余应力
对材料性能有较大影响，消应力处理可以较好的消除内部残余应力，改善材料性
能[[[] 张亚斌，严连菊，罗英，等.热处理参数对电熔增材材料EAM16MND5组织
和性能的研究[J].电焊机.2019,49(4):212-215]]。
王小彬等研究了EAM16MND5微观
组织和性能的，表明EAM16MND5满足核电规范RCC-M的标准要求，奥氏体晶粒度可达9.5级[[[]王小彬，张亚斌，谢常胜，等. 电熔增材制造反应堆压力容器用
16MND5 钢的组织与力学性能[J].金属热处理，2019，44（4）：141-145]]。
周高
斌等研究了EAM16MND5的热老化性能，表明EAM16MND5经过450℃，3000H
时效处理后，组织稳定，强度略有提升，裂纹扩张能量降低[[[] 周高斌，谢常胜，
罗英，等.热老化对电熔增材制造材料EAM16MND5组织和力学性能的研究[J].电
焊机.2019,49(4):67-72
]]。
电弧（电熔）增材制造材料具有优异的性能，针对材料物理特性、疲劳、断
裂韧性等方面的研究尚无报道，研究尚未成体系。
3建议与展望
电弧增材制造技术的研究地，在过去几年取得了很大突破，2018年初，南
方增材制造的SAP制冷机端盖（图1）安装到了大亚湾核电站，实现了电熔增材
制造件的首次工程应用，该示范应用给电弧增材制造的发展也带来了更多希望。
为了电弧增材制造技术更好的为制造业赋能，取得更广泛的工程应用，提出如下
建议：
在成形及工艺研究方面，目前的研究主要集中在工艺参数对成形精度的研究方面，建议加强路径控制程序方面数字化、自动化研究，从部件整体出发规划路径，优化成形方式，提升制造精度。
在质量控制方面，其一建议建立电弧增材制造过程中工艺特征参数和内部质
量关系的数据库，提升过程监控的精准度。
其二建议从材料的应用情况入手，开
展电弧增材材料内部缺陷的演化行为，逆向研究电弧增材材料在各种应用环境下
的缺陷容限量，为制定电弧增材制造材料内部质量评价最好技术准备。
其三建议
进一步开展电弧增材制造内部缺陷的形成机理，为实现制造过程中内部缺陷的主
动控制，减少内部缺陷，改善内部质量提供依据。
在性能研究方面，建议加强电弧增材制造材料的基础研究，开展电弧增材制
造材料显微特征及其演化规律方面的研究，为进一步开展各项宏观性能的研究提
供科学依据，并为制定电弧增材材料评价体系打好技术基础。
工作简历：
主要从事焊接技术、电熔增材制造工艺、材料研发工作
参考文献。