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。

由于不同材料本身的性质和 各不相同，针对不同的成形
材料成形优化工艺参数也各不相同。

文中总结了近年 来国内外相关研究人员关于不同材料电弧增材制造方 面的研究成果，对工艺控制 、微观组织演变 及
力学性能变化特征 分析，在此基础上，提不同成
形材料增材制造过程中 存在的问题。

1电弧增材制造研究现状
W AAM采用电弧作为 ，工件制 中包
括熔滴形式和温度、工件材料和尺寸、电参数等因
素波动，使得整个W AAM制备系统很难处于稳 ：态，只保证每在微观组织和力学性能方
面具有良好的可重复性以及连续 的，电弧
增材制造才能获得表面质量和内部性能均符合要求 的成形工件[7]。

基于 求，近年来国内外研究
人员开展了大量研究工作，涉及成形工件工艺
优化、成形 温度和应力场模拟、成形表面质量在
线监测以及成形 监控等。

其中成形工件的
工艺优化是改善成形形貌，提高成型件组织与性能 最为直接有效的方式。

文中系统分析了工艺参数对 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，为电弧增材制备这几种材料提供理论依 据与技术支撑。

1.1不锈钢
不锈钢材料具有较高的强度、良好的延展性以
142018年第8期
专题综$儋撑
及的耐腐蚀性，且沉组织和力学性能较为
稳定，在 中可 连续堆积的成形方法。

研究发 改变焊接电流、焊接速度等堆焊工艺参数和适当焊处理，不锈 钢电弧成型件在微观组织和力学性能方面均有一定 的改善。

成等人[8]在堆焊316L不锈钢 发现，态金属在 凝固 中基 ，热量沿着垂直于基 下散失，方垂直于界面，凝固具有方向性，因此造成组织呈 下而上生长的 形式。

等人[=]发现不锈钢堆焊过中随着焊接速度的 提高，堆焊层金 微组织中5铁素体的数量 增加，其形态也 的变化;对比发现焊接速度适中$ ! =8 m/h)，可获得热 、低、成形良好、显微组织为 体基体和连续的 5铁素体的堆焊层组织。

# Sadeghian等人[17]同改变焊接电流和焊接速度
的大小改变堆焊 ，分析了不同 下T IG不锈钢焊接接头微观组织，发 为506
J/mm时，基 影响 体和铁素体相，试呈脆性 ；高 861 //mm，铁素体百分比 下降，和铁素体相。

两种-人件下 强度均高于基板金属。

许中等人[11]通增大焊接电流改变焊接 ，研究了 人与堆焊不锈钢 中铁素体含量的关系并得到了相论，焊接电 160 A增大至220 A，铁素体 含量从7.2%降至5.1%。

1.(}.1!^等人[12]为研 究 对不锈钢成型件组织与性能的影响，分 ：用271 J/mm和377 J/mm的热输入水平制备了 304L 不锈钢 件，分析发现线性 低的成型件表 为化的微观组织特征，强、强度和延展性高；SuKodh Kumai•等人[13]对 弧焊304不锈钢接头组织和力学性能
的研究得出了 论，整焊接电流大小改变热输入水平，对比256 J/mm，278 J/mm和302 J/ mm三种 件下接 微组织和 性能发，低 下 接 影响 化，焊接 均 和最小，强最高。

等人[14]发堆焊一数后提高 「，于 焊 体化，最得：均匀的 组织。

最一道焊缝焊接
电流、较快的焊接速度，可增大最终焊缝的速度，得大量体，保证成型件边缘强度和 。

可以发现，焊接工艺参数的改变对不锈钢电弧成 件的微观组织和力学性能 为的影响。

一焊接电流的减小和焊接速度的增大均 致成型件组织 化，和减小，铁素体含量增多。

因此力学性能表 低、而强和塑
性 高的 。

此外，适的热处理和其处理方式对不锈钢成型件的组织与性能也有一定的改善。

ArefYadollahi等人[15]研究发现1 150 P均勻化 热处理2 h会导致316 L不锈钢成型件晶義
化，大 增多，5铁素体减少;热处 组织几部为 体，各 性 ，成件强度下了 17H，强下降了 5H，提高了 26H，塑性 增强。

Y.D.Wang等人[16]研究 了热处理对沉积态 体不锈钢组织与性能的影响，发现1 000 P高温固溶处理30 min后于中淬使成型件大量 组织转变为等 ，得;质处 可使材料 强 ：沉积态提高80 MPa，提高6H，且均 :锻造材料。

研究表明，和因此 的反复 f环对不锈钢沉 的组织与性能影响最为 ，
常成型件中下部因 了反复 呈现等 形貌，上部未 复 呈 焊缝组织。

因此 成型件上部和中下部微观组织表现出较大差，造成整体组织与性能呈 分 。

1.2铝合金
铝合金成形材料因具 韧性好、比强度高、、腐蚀性好等一系列优 成为电弧增材制
造常用的优选材料，而目阻碍W AAM成形铝合金 构件广泛应用的 因在于成形过程中 的成分偏析、孔隙缺陷以及沉 与结合层组织 的不连续性。

柏久阳等人[17]对4043铝合金堆焊成型件 的研究发现组织中 穿 连续 ，树构 ，隙中存在大量的A l-Si共晶组织，成分偏析严重。

从保强等人[18-19]在研究WAAM 铝合金 组织中的孔隙缺陷时发现沉 等轴组成，气孔 分布在 部位，且呈
沿等 分布的 征。

氢气孔形核及其尺寸与沉 组织 尺寸 关系，晶粒化可有效限制液态金属中氢的扩散，制氢气孔的形核和长大，因着 的降低，沉 内气孔的尺寸和数量均 减少。

此外，提高纯氩保护
2018年第8期 15
轉猱专题综述
气体流量也有助于减少合金气孔缺陷。

目提高铝合金WAAM成型件组织与性能 化其组织!为常用的方法有优化焊接参数和 适当的热处理。

刘望兰[測针对T IG电弧增材制备5356铝合金成 件的研究结果表明，成件组织4"固溶体上弥散 分布大量#(Mg5Al8)，# 可对合金起到弥散强化 ，提高材料抗腐蚀性能和塑性。

随焊接电的增大，组织中#相数量减少且尺寸增大，不于
良好焊后组织的形成。

焊接速度和送丝速度的增大，组织中#相数量增多且尺寸减小，于形成良好的焊后组织。

王继辉[21]针对T IG堆焊2219铝合金成型件的研究得出了 的结论:增大焊接速度和送丝速度可促使组织 形胞 胞状树枝变，减 尺寸，提高材料强度和塑性。

Chen Shen和 Dominic Cuiuri等人[22]对电弧堆焊Fe3Al 基铝合金的研究表明，为预期堆 构、焊的化和混合 足够大的焊接电流。

但焊接
电流增大，外延 尺寸增大，电大 低材料的塑性。

张瑞&23]对5356铝合金堆焊 组织 与性能的研究结果表明，增加，组织由均匀的等 渐转变为粗大 ，相析增多，尺寸增大，杂质相也增加，材料显微 、强等
力学性能 低；同等待 增加，晶粒越加 均匀，微观组织向等 变，上述力学性
能均有改善。

高红选等人[24]研究了固 效处理对6063铝合金力学性能的影响，发 固溶处理温度的升高，合金中减少，成分分 于均勻，固体的过饱和
增大，于后续时效处 析 的强化相，提高合金的强度。

525 P固溶处理4 h在210 P件下 效处理6 h所得组织形貌最为理想;而固溶处理温度 继续升高至540 P大甚 烧现象，合金综合性能下降。

Gu Jianglong等人&25]发 轧制载荷的增加，2319铝合金成型件显微 和强度逐渐提高;且在T6热处理后，沉积层和层间轧制合 金的 强度和 强度均增强。

J.Fixtei•等人&26]发在 2024 铝合金电弧成 件的制 中，轧制冷加工各层，可明显降低孔隙度；而完全热处理（T4，T6)则可使成型件屈服强度、拉伸强度和塑性均得到增 强。

综 述，可看出电弧堆焊铝合金成型件组织 中各相尺寸 的增大而呈 大化 ，材料强度、塑性等力学性能下降。

因此降低 如增大焊接速度、送速及 等待 或适当减焊接电 可细化成型件 提高材料力学性能。

此外，合适的固 效处理、退等后处理工艺也能不同 改善成型件组织而达到提高力学性能的目的。

此外，一些研究表明改变脉冲电流频率或对堆 焊 冲击强化也是细化铝合金成型件 尺寸、提高其力学性能的有效方式。

上海 推进研究所潘攀等人[27]研究发现，在基值电流为33H，占比为6 6 H的条件下，随着脉冲频率在一定范围内 增加，5A06铝合金焊 组织 大的树 渐变为 的等 。

焊 力学性能不 得 改 善，在100 Hz f强度达到最大，比无脉冲时增大了 49 MPa，断后伸长率增大了 6. 8H。

从保强等 人[28]研究发现，与未加入脉冲电 比，当脉冲电频率为60 k H z时，2219铝合金焊接接 强度和 分别增加约17.6%和66H。

在一范围内提高脉冲电流频率，可 减小焊 合宽度，改善 分布，提高塑性。

孙汝剑等人[29]发激光冲击强化对电弧沉积2319铝合金有 地 化 能有效改善成型件内部残余应力，原因冲击中激光冲击波占 ，激光冲击波在材料内部传递 大量位错或孪晶组织，化。

1.3钛合金
钛合金工件 低、比强度高、耐腐蚀性好，在、新能源等 分广泛的应用。

但传统加工方式工艺复杂、效低下且加工成本高，因此钛合 金工件的加工更适合 增材制造 。

W ang和Baufeld等人[30-31]研究发现，WAAM钛合金成型件在 平行和垂直于沉积方 的力学性能存在各 性，因是初生的#相贯穿整 外延 ，造成各方 组织与性能均存在 。

F.Wang等人[32]总了各 性形成的原因，发 温 线下降#固线时，WAAM钛合金生成 #相，温继续
降低时发生固态相变，"相（片层、网篮状、针等）从 # 析。

在沉积下一道次时，熔池 大的#为形核，凝固 外延 池，新生的#相在 的#继续 ，因此初 #相贯穿整 外延 ，如图1所示，因此 成型件强和塑性均存在各 性。

南昌 大学成等人[33]在电弧沉积Ti-6A1-4V成型件 中
162018年第8期
专题综述辟據
发现，成件组织以沿基板外延的粗大 为!^相和；S相组成。

而《相的形貌随成形 变化而各不相同，在成型件上部 呈粗大针状魏氏体组织，在中部呈粗化了的层片状网篮组织，在下部则 呈针状+层片状混合组织;成件在靠近工件表面 大；性能表 的各 性，沿焊接 方 强度高于沿沉积高度方向强度，塑性。

图1外延生长的柱状初生0相晶界[32]
由此可发现WAAM钛合金成型件显微组织不同 组成的不均匀性以及因此造成的力学性能各
性是目前其应用受 制的 因。

研究发现通过优化成形工艺参数和热处理等方式可 效改善成型件组织整体均匀性，弱化各 性，提升成型件综合力学性能。

Lin Jianjun等人[34]在D-6A1-4V薄壁零件的制备
中发现，随沉 中每个焊 的降低，成型件平均 强度（Y S)、强（UTS)和 卜伸长率均有明显提升。

张萍等人[35]针对TIG增材制 T-6A1-4V成型件的研究得出了 的结论，随焊接电流的减小和焊接速度的增大，成件强度得增强；同的增加，材料强度和塑
性均 提高。

工大学[36]发焊接电
流的增大和焊接速度的减小均 电弧堆焊Ti-6A14V成型件组织 大和 a相的形成，甚
形成粗大的 组织。

而增加 和适当增大送丝速度可使组织均匀化，组织，有效低材料各 性。

Pia Akerfeldt等人[37]研究发现，沉 中更快的 速 常可使材料组织呈现的微观结构特征，提高D-6A14V成型件 强度和 强度，但 低塑性。

Erhard Brandi等人[38]发，600 P保温4 h的效热处理可使Ti-6Al-4V成型件 得 提升；
1 200 P保温
2 h的固溶处 可使柱状^晶等化，征消失，下。

Ruden Wauthle等人[39]发对Ti-6Al-4V成型件应力
热处理可有效促进a '马氏体转变为 a片晶；
等 处理可 组织转变为各向同性的层片的a " ^相，效提高成型件塑性。

B r n d l等人[40]
高温固溶+、][退 处理钛合金成型件，发Ti-6A14V成型件组织中 0晶大量转变为球，成件材料各向同性大大增加。

等人[41]的研究表 冲击可 效将WAMM钛合金成型件组织中大量存在的 化为等 ，成型件各 性并优化提升成型件整体性能。

Beming-ham等人[42]在成形 中加入微量硼，发现成型件
中a晶界和 组织 减少，a等 数量 增加，低了各 性。

综 述，可看出在电弧堆焊Ti-6A14V成型件 中，焊接电流的增大和焊接速度的减
增高，促使组织 大，造成材料强、性等力学性能 低;还可能形成 组织而 成 件各 性 。

适 减 电、增大焊接速度、延 可 化尺寸，有效 组织，提高材料综合力学性能。

同，固处理、、退等合适的热处及其 •处理对细化 尺寸，降低材料各 性均有一：。

总之，钛合金电弧增材制备中如何抑制成型件内 部不良组织 ，有效制堆中及显微组织演化，降低各 性，提高零件综合力学性能已成为此方面后续研究的 课题[43]。

2 TIG堆焊309L奥氏体不锈钢
基于国内外相关研究成果，课题组 弧焊(TIG)为 ，分析了 309L体不锈钢和5356铝合金凝固 ，探讨了不同部位组织形成特征与力学性能 的关系。

电弧增材的 成形特性 成件微观组织存在结合层与沉 交替 的特征，成型件力学性能的演变常与 关。

基于 TIG堆焊 309L体不锈钢成 件，课题组 分析了电弧增材成形 309L不锈钢微观组织和力学性能演变规律，果表明，堆焊 组织基体为体，残 素体。

如图2所示，结合与沉
组织 （图2a为结合层组织，分均
匀致密，图2b为沉 组织，二次 发达，因此造成沉 与结合层力学性能方面 ，测得结合 微 均为160 HV，较沉 均高出
2018年第8期 1
7
始猱专题综述
20 HV ;拉伸性能在垂直和
于成形方向无：差
， 因为成型件 方向组织均为树
，且分
均匀;而垂直方 组织 合层与沉
域，但于基体为
体， 且无较大 。

沉 与结合
均以韧窝为主，分布均匀，成
型件材料具有良好的塑性。

(a )结合层组织
（b )沉积层组织
图2
试样沉积层与结合层微观组织对比
另一方面，课题组从研究T IG 堆焊5356铝合金 成形 中各相形核、 力学和热力学：出发，探电弧堆焊 凝固机制，提各部位获得细 等轴均匀凝固组织及凝固缺陷的控制方法，如堆焊
中增大送丝速度和成型件时效热处理等工艺可 获得更为 、均的 ； 低焊接速度、加焊 及熔池 等均有可能 气孔等凝固缺陷的
，为铝合金复杂构件凝固成形工艺
~
(a )
未加摆动前组织形貌
与缺陷控制提供理论基础。

在对5356铝合金电弧 堆焊
组织 与性 能的 研究 中 发 ，
合 处
存在大量的孔隙缺陷，同 合层处有金 化合
形成。

这些均 合层处强度低于沉 ，沿垂直焊缝方 于结合层处。

课题组研究发，堆焊时加入焊 工艺可明显减少甚合层气孔， 提高材料强度和塑性，微观形貌如图
3所示。

(b )
加摆动后组织形貌
图3
铝合金堆焊成型件微观组织形貌
3发展趋势与方向
电弧增材制造技术由于在结构一体化生产制造中
表现出的优越构型能力 得了迅速发展。

关于电弧增材制造性能控制的研究通常
针对不同成形工件材料、尺寸和形状的要求， 选合适的工艺参数，改善微观组织结构特征，从 足成形工件的综合力学性能要求， 性能控制。

然
最优工艺参数的选 大量 为基础，实现
成形 中成型件内部复杂温度场和应力场的数字化则可以大大降低这一 的难度。

因此，构合适的数学模型，预测成形 中可能发生的形变和规划最优成形 目 成型件组织与性能控制的重方。

一方面，目电弧增材制造系统 于开放系统，包括加工工艺参数、 及成形材料在内的
18
2018年第8
期
专题综$儋撑
因素对成型件形貌、组织与性能都可能造成不同
的影响。

因此，成形 制系统的也是电
弧增材制造发展的方向和[44]。

制系统可对成形中各种变化快速的响应，实现 ，使整个成形系统成为可 监测和.的制系统，将影响成形的 态变化因素全部在内，从整体上增强成形稳定性，大大提高成型 件。

4结论
(1 %电弧增材制造技术属于新型制造技术 ，研究尚存在成形 低、制造 稳定性 等不完善之处，但目前发展方 为，且在 等大 构件的一体化制造中 应 展 可靠的发展 。

(2)着电弧增材制造技术 成熟，制：程中工件强度、塑性等性能均可得 制，未来电弧增材制造技术在工程制造 得 泛应。

(3) TIG堆焊309L奥氏体不锈钢成型件成沉积层与结合层力学性能方面 ，结合 微硬度平均为160 HV，较沉积层平均高出20 HV;拉伸性能 在垂直和 于成形方向无 ；成形5356铝合金 中增大送丝速度可获得更为 、均的•，低焊接速度、加焊 及熔池 等均有可能 气孔等凝固缺陷的 。

参考文献
[1]熊江涛，耿海滨，林鑫，等.电弧增材制造研究现状及在
制造中应[J].航空制造技术，2015, 58 (Z2) ：80 -85.
[2]王.高性能金属构件增材制造技术开启国防制造新
[J].国防制造技术，2013(3):5-7.
[3] Kazanas P，Deherkar P，Almeida P，et al. Fabrication of
geometrical features using wire and arc additive manufacture
[J ]. Proceedings of the Institution of Mechanical Engi­
neers. part B. journal of Engineering Manufacture，2012,
226(6) ：1042 -1051.
[4]刘铭，张坤，樊振中.3D打印技术在航空制造领域的应
展[J].装备制造技术，2013(12):232 -235.
[5 ] Herzog D，Seyda V，Wycisl^ E，et al. Additive manufactur­
ing of metals[ J]. Acta M aterial，2016，117 :371 - 392. [6]田彩兰，陈济轮，董鹏，等.国外电弧增材制造技术的研
究及展望[J].. 制造技术，2015(2).
[7]耿海滨，熊江涛，黄丹，等.丝材电弧增材制造技术研究
现状与趋势[J].焊接，2015(11):17-21.
[8]刘奋成，贺立华，黄春平，等.316L不锈钢电弧堆焊快
速成形工艺及组织性能研究[J].南昌大学学报
(自然科学版），2013,27(4):1-5.
[9] ，包，杨可，等.焊接速度对18-8不锈钢堆
焊层组织形态的影响[C]. 2012*焊接与再制造”国际论
，2012.
[10] Sadeghian M，Shamanian M，Shafyei A. Effect of heat input
on micro s tructure and mechanical properties of dissimilar
joints between super duplex stainless steel and high strength
lowalloy seel[J]. Materials & D eign，2014，60(8):678
-684.
[11]许中义，张勇，戴建军，等.加氢反应器堆焊层铁素体含
量对焊接工艺的影响[J].炼油与化工，2015, 26(6):35
-37.
[12] Wang Z，Palmer T A，Beese A M. Effect of processing pa­
rameters on micro s tructure and tensile properties of austenit­
ic stainless steel 304L made by directed energy deposition
additive manufacturing [ J ]. Acta M aterial，2016，110:
226 -235.
[13] Kumar S，Shahi AS. Effect of heat input on the micro s truc­
ture and mechanical properties of gas tungsten arc welded
AISI 304 stainless steel joints [ J ]. Materials & Design，
2011，32(6) :3617 -3623.
[14]张禹，罗震，李洋，等.数控堆焊增材制造工艺温度场与
组织性能关系研究[J].焊接，2016(4):42 -45. [15] Yadollahi A，Shamsaei N，Thompson S M，et al. Effects of
process time interval and heat treatment on the mechanical
and micro s tructural properties of direct laser deposited 316L
stainless steel [ J ]. Materials Science & Engineering A，
2015, 644:171 -183.
[16] Wang Y D，Tang H B，Fang Y L，et al. Effect of heat
treatment on micro s tructure and mechanical properties of la­
ser melting deposited 1 Cr12Ni^WMoVNb steel[ J]. Materi­
als Science & Engineering A，2010，528(1) :474 -479. [17]柏久阳，王计辉，师建行，等.TIG增材制造4043铝合
金件组织及力学性能[J].焊接，2015(10):23 -
26.
[18]从保强，孙红叶，彭鹏，等.A l-6.3C uA C-G T A W电弧
增材成形的气孔控制[J].稀有金属材料与工程，2017
(5):1359 -1364.
[19]从保强，丁佳洛.CMT工艺对A l-C u合金电弧增材制
造气孔的影响[J].稀有金属材料与工程，2014, 43
(12) :3149 -3153.
[20]刘望兰.铝合金TIG电弧快速成型工艺的研究[D].天
:天津大学学位论文，2007.
2018年第8期 19
轉猱专题综述
[21]王计辉.2219铝合金交流TIG堆焊成型技术研究[D].
) 工大学硕士学位论文，2015.
[22 ] Shen C，Pan Z，Cuiuri D，et al. Influences of deposition
current and interpass temperature to th eF e3Al-based iron
aluminide fabricated using wire-arc additive manufacturing
process [ J ]. International Journal of Advanced Manufactur­
ing Technolog，2016，88(5 - 8) ：1 -10.
[23]张瑞.基于CMT的铝合金电弧增材制造（3D打印）技术
及工艺研究[D].南京：南工大学学位论文，
2016.
[24]高红选，古文全，吴建，等.固溶时效处理对铝合金电阻
率及力学性能的影响[J].热加工工艺，2014(12):210
-211.
[25] Gu J，Ding J，Williams S W，et al. The strengthening
effect of inter-layer cold working and post-deposition heat
treatment on the additivvly manufactured Al-6. 3Cu alloy
[J] . Materials Science & Engineering A，2016，651 ：18
-26.
[26] Fixter J，Gu J，Ding J，et al. Preliminary Investigation into
the suitability of 2xxx alloys for wire-arc additive manufac­
turing [J ]. Materials Science Forum，2016，877： 611 -
616.
[27]潘攀，刘俊杰，马吉.脉冲TIG焊参数对铝合金焊缝组
织与性能的影响[J].. 推进，2013, 39(1):52 -57. [28] 保强，金，，等.脉冲电流频率对2219铝合
金焊缝组织性能的影响[J].焊接学报，2010, 31(9):37
-40.
[29]孙汝剑，朱颖，李刘合，等.激光冲击强化对电弧增材
2319铝合金微观组织及残余应力的影响[J].激光与光
电子学进展，2018(1 ):129 -135.
[30] Wang F，Williams S，Rush M. Morphology investigation on
direct current pulsed gas tungsten arc welded additive layer
manufactured Ti6A14V alloy [ J ] .International Journal of
Advanced Manufacturing Technology，2011，57(5 -8):597
-603.
[31] Baufeld B，Van d B 0. Mechanical properties of Ti-6A l-V
specimens produced by shaped metal deposition [ J ]. Sci
Technol Adv Mater，2009, 10(1 ):1536 -1542.
[32] Wang F，Williams S，Colegrove P，et al. Microstructure
and mechanical properties of wire and arc additive manu­
factured Ti - 6Al - 4V [ J ]. Metallurgical and Materials
Transactions A，2013，44(2) : 968 -977.
[33]刘奋成，贺立华，林鑫，等.电弧沉积制造TC4钛合金的
组织和力学性能研究[J].热加工工艺，2014(10):1-
5.
[34] Lin J，Lu Y，Liu Y，et al. Microstructural evolution and
mechanical property ofTi-()Al-^V wall deposited by continu­
ous plasma arc additive manufacturing without post heat
treatment [ J ]. Journal of the Mechanical Behavior of Bio­
medical Materials，2017，69:19 -29.
[35]张萍，刘德波，师建行，等.TIG增材制造TC4钛合金力
学性能及工艺参数的影响规律[J].焊接，2015(10):45
-48.
[36]刘宁.TC4钛合金TIG填丝堆焊成型技术研究[D].哈
: 工业大学学位论文，2013.
[37] Akerfeldt P，Antti M L，Pederson R. Influence of micro­
structure on mechanical properties of laser metal wire-depos­
ited Ti-()A1-^IV [ J ]. Materials Science & Engineering A，
2016, 674:428 -437.
[38] Brandi E，Schoberth A，Leyens C. MorjDholog，microstruc­
ture ，and hardness of titanium ( Ti-6 A l-V) blocks deposi­
ted by wire-feed additive layer manufacturing ( ALM )[ J ].
Materials Science & Engineering A，2012，532(3) :295 -
307.
[39] Wauthle '，Vrancken B，Beynaerts B，et al. Effects of
build orientation and heat treatment on the micro s tructure
and mechanical properties of selective laser melted Ti6A14V
lattice structures[ J]. Additive Manufacturing，2015，5 :77
-84.
[40] Baufeld B，Brandi E，Van der Biest 0. Wire based additive
layer manufacturing: comparison of micro s tructure and me­
chanical properties of Ti-6A1-V components fabricated by
laser-beam deposition and shaped metal deposition [ J ].
Journal of Materials Processing Technology，2011，211 (6):
1146 -1158.
[41]何智，胡洋，曲宏韬，等.超声冲击电弧增材制造钛合金
件的各性研究[J].航天制造技术，2016(6):11-
16.
[42] Bermingham M J，Kent D，Zhan H，et al. Controlling the
micro s tructure and properties of wire arc additive manufac­
tured Ti-()A1-^V witli trace boron additions [ J ]. ActaMate-
rialia，2015，91:289 -303.
[43]尹博，赵鸿，王金彪，等.钛合金电弧增材制造技术研究
及发展趋势[J].制造技术，2016, 52
(4):1 -3.
[44] Frazier W E. Metal Additive Manufacturing: AReview[ J].
Journal of Materials Engineering & Performance，2014，23
(6):1917 -1928.
作者简介：杨笑宇，1993年生，硕士研究生。

主要研究方向为 电狐增材制造技术方面。

通讯作者：李言，1960年生，博士，教授，博士生导师，西安理工大学党委常委、副校长。

202018年第8期
WELDING & JOINING
steel welded jo in t was investigated. The investigated results s h o w th a t U I T can e ffe ctive ly reduce the surface w e ld ten sile stress on the surface is turned in to the com pressive stress after U I T. I n a d d itio n，U I T can w eld toe re g io n，w h ich results in smooth tra n sitio n region between the w eld toe and the base m etal. F u rth e rm o re，grains in the surface are re­
fin e d a te r U I T and the depth o f tlie re fined grain layer reaches up to 120 "m. M o reove r，the surfacc hardness is increased b? 40HVO. 2 after
U I T and the depth o f hardened layer is about 2 mm.
Key words：ultrasonic impact treatment，Q460 high-strengthsteel，residual stress，microstructure，hardness
Research status and challenges of wire and arc additive manufacturing in material preparation
Yang X ia o y u，L i Y a n，Zhao P engkang，Yang M ingshun
(School o f M echanical a nd P recision I nstrum ent E n g in e e rin g，X i & an U n ive rsity o f T e ch n o lo g y，X i & an 710048，C h in a) . p14 - 20
Abstract A d d itiv e m anufa cturing can be d ire c tly integrated low-cost m anufa cturing com plex com ponents，and it has become the m ost po tentia l
m a te ria l processing technology. W ire and A rc A d d itiv e M a nufa cturing ( W A A M) based on surfacing technology is the most suitable m ethod fo r
I n this p a p e r，the achievem ents at lo w-c o s t，fast and near net-shape o f large-size and com plex com ponents.
bout W A A M in d iffe re n t m a terial fo rm in g process param eters and organizational perform ance were sum m arize d，a were proposed fo r the fu tu re developm ent o f W A A M.
Key words：wire and arc additive manufacturing，process parameters，shape and performance control
Effect of welding methods on microstructure and properties of S22053 welding joints
W ang Z ilo n g1，Q in Jian2，L u Q uanbin2，Dong X ia n2，Pei Y in y in2
(1. A V I C X in h a n g P ingyuan A ero n a u tica l E q u ip m e n t C o.，L t d.，X in x ia n g453000, H e n a n，C h in a;2. State Key Laboratory o f Advanced B ra­
I nstitu te o f M echanical E n g in e e rin g，Zhengzhou 450001，C h in a). p21 -27
zing F ille r M etals &T e ch n o lo g y，Zhengzhou Research
Abstract G T A W and P A W were em ployed to w eld the S22053 d u plex stainless steel w ith the thickness o f 10 mm. The s tre n g tli，im p a ct ener­
g y，m ic ro s tru c tu re，fe rrite am ount and corrosion resistance were tested fo r tlie S22053 w elded jo in ts. The results shows that the w elded jo in ts by
both processes get the exce lle n t properties. P A W can im prove the p ro d u c tiv ity greatly. B otli the m icro structure ic and F e rrite，w h ile th e ir shapes are d iffe re n t. The amounts o f F e rrite in w elds and H A Z o f The w elded jo in t o f P A W has the more exce lle n t corrosion resistance.
Key words：duplex-stainless steel，GTAW，PAW，microstructure，corrosion resistance property
Finite element analysis and experimental verification of L-joint for aluminum alloy
L i Shudong1，Zhao Y unfe ng2，D ing Jieqiong2，Zhan X iaohong1，Chen L i l i1
(1. College o f M a terial Science and T e ch n o lo g y，N a n jin g U n iv e rs ity o f A eronautics and A s tro n a u tic s，N a n jin g210016，C h in a；2. CSR N an­
jin g Puzhen Co.，L td.，N a n jin g210031，C h in a) . p28 - 34
Abstract The a lu m in u m a llo y plates o f 12 m m in thickness in ra ilw a y vehicles w elded b y m u ltila y e r m u lti-p a ss M I G w e ld in g was studied b y u­
sing the e la stic-p la stic fin ite elem ent m ethod com bined w ith experim ental m easurem ent. B y u tiliz in g a more accurate boundary co n fie d m ethiod，a u n ila te ra l V g ro o v e m u ltila y e r m u lti-pass w e ld in g fin ite elem ent m odel o f L-jo in t was set up to analyze the w e ld in g tem perature
f ie ld，resid ual stress d is trib u tio n and deform ation tre nd. The results s h o w th a t the heat accu m ulatin
g effect o f m u lti-p a ss w e ld in g，w e ld in g re­
I G sidua l stress and d isto rtio n can be accu rate ly sim ulated by the fin ite elem ent m ethod. S im u lta n e o u sly，m u ltila y e r M
carried out and the re sid ual stress was measured by the b lin d-h o le m ethod. S im ulatin g results are in good agreements
#2018,No.8。