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[学位]

2219铝合金CMT增材制造电弧特性及工艺研究

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Author:

王缪乾 (王缪乾.)

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学位论文库

Abstract:

2219铝合金因其轻质高强的特性,在航空航天领域得到广泛应用。基于冷金属过渡(Cold Metal Tranfer, CMT)工艺的电弧熔丝增材制造技术(Wire and Arc Additive Manufacturing, WAAM)在成形复杂结构铝合金零部件时具备高效低成本的独特优势,是一种先进的制造方法。本文针对2219铝合金CMT增材制造过程中的电弧特性和熔滴过渡行为以及几类典型特殊结构的成形,深入研究了不同电弧模式下的熔滴过渡方式,系统分析了工艺参数对热输入、熔滴过渡行为和成形情况的影响规律,设计并优化了三类典型特殊结构的成形策略和工艺。主要的研究内容如下:
通过开展单道单层工艺实验,研究了不同电弧模式下电信号和热输入的差异,并结合高速CCD图像分析了不同电弧模式对应的熔滴过渡特性。结果表明,CMT-P模式(脉冲模式)下单位周期内的热输入量最大,熔覆层润湿角最小,为90.8°,同时熔深和熔深面积最大,金属的熔覆情况最好;CMT-PADV模式(脉冲交流模式)下的成形效果良好,稀释率较小,成形效率最高。
进一步通过采集分析单道单层成形过程中的电信号,并结合成形件横截面形貌,阐明了不同电弧模式下送丝速度对热输入、熔滴过渡过程和成形的影响规律。在四种电弧模式下,随着送丝速度的增大,单位周期内的热输入均随之增大。在CMT-P和CMT-PADV模式下研究了干伸长量、弧长修正系数和脉冲修正系数(CMT-PADV模式下为EP/EN系数)对热输入、熔滴过渡和成形的影响。研究表明,为保证成形良好,干伸长量应尽量控制在11至17 mm之间,弧长修正系数应控制在-20%至+20%之间,脉冲修正系数应在-1至+5之间选择,EP/EN系数应在0至+5之间选择。电弧特性的研究为工艺参数的合理选择提供了依据,也为后续2219铝合金CMT增材制造工艺方案的设计提供了理论基础。
通过基础工艺实验重点研究了送丝速度和焊接速度对成形的影响,得到了合理的工艺参数区间。根据以上的研究,针对2219铝合金CMT增材制造中典型的十字、T字交叉和悬臂三类特殊结构,设计并优化了对应的成形策略及工艺方案,并通过成形包含特殊结构的制件进行了实验验证。其中,优化后所成形的十字交叉结构件交叉处极限抗拉强度达275.31 MPa,延伸率达13.9%,达到了一般位置沉积态制件的水平。针对悬臂结构,重点研究了不同悬臂角度α和焊枪与悬臂的夹角β对其制件成形形貌的影响。在成形悬臂结构时,应尽可能使焊枪与堆积方向平行,即β为0,同时应尽可能减小悬臂角度α。通过对以上三类典型特殊结构的研究,为包含复杂形状的结构件的成形奠定了工艺基础。

Keyword:

2219铝合金 电弧特性 冷金属过渡 特殊结构 增材制造

Author Community:

  • [ 1 ] 西安交通大学机械工程学院

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Basic Info :

Degree: 工学硕士

Mentor: 卢秉恒

Year: 2019

Language: Other

Cited Count:

WoS CC Cited Count: 0

30 Days PV: 24

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